Memoire Faiza MEKHALIF

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA

RECHERCHE SCIENTIFIQUE

Présenté à l’Université du 20 Août 1955 SKIKDA

Faculté des Sciences

Département des Sciences Fondamentales

Spécialité : Chimie

Option : Pollution Chimique et Environnement

Par : Melle Faiza MEKHALIF

Soutenu le :…/....2009

Devant le jury :

Mr MS. MEDJRAM Prof. Université de SKIKDA Président

Mme R. ZAGHDOUDI MC. Université de SKIKDA Examinateur

Mr M. SOLTANE Prof. Centre. Universitaire d’EL TAREF Examinateur

Mr F. DJAZI Prof. Université de SKIKDA Rapporteur

Mémoire de Magister

REUTILISATION DES EAUX RESIDUAIRES

INDUSTRIELLES EPUREES COMME EAU D’APPOINT

DANS UN CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT

Remerciements

Ce travail de recherche a été mené au laboratoire central de la raffinerie de

SKIKDA, à la direction de l’environnement de SKIKDA, au secteur sanitaire d’El

HAROUCH et à l’algérienne des eaux (ADE) de SKIKDA.

Monsieur Fayçal DJAZI, professeur à l’université de SKIKDA, a encadré ces

travaux de recherches. Je le remercie d’avoir accepté mon projet et de m’avoir prodigué

tous les conseils indispensables. Je le remercie aussi d’avoir suivi, guidé soutenu et fait

confiance à mon travail.

Je tiens à remercier Monsieur Mohamed Salah MEDJRAM, professeur à

l’université de SKIKDA, d'avoir accepté de présider le jury de ce mémoire. Je remercie,

également, Madame Rachida ZAGHDOUDI, maître de conférences à l’université de

SKIKDA, ainsi que Monsieur Mahmoud SOLTANE professeur au centre Universitaire

d’EL TAREF d'avoir accepté d'examiner ce travail et faire partie de ce jury.

Je tiens à exprimer ma reconnaissance à Madame Leila MAACHIA qui m’appris

ce que c’est la microbiologie et à Warda BOUNEB ingénieur au laboratoire d’agronomie

pour sa disponibilité, la qualité de ses conseils et avis sur les travaux que j’ai pu mener.

Un grand merci à Monsieur Amar RACHED chef service du laboratoire des

analyses médicales du secteur sanitaire d’EL HAROUCH pour l’aide qui m’apporté, en

m’ouvrant les portes du laboratoire et en me faisant parvenir les protocoles

expérimentaux.

Je remercie Monsieur SWISSI, Melle Razika ZITOUNI et l'équipe de la

raffinerie, Madame Farida et Monsieur Aziz BOUALEG, d’avoir guidé mes pas au

niveau de la zone industrielle de Skikda et de m’avoir facilité l’accès à la raffinerie et aux

différents services.

Je tiens à exprimer en particulier ma profonde reconnaissance à Monsieur :

KHAREF exerçant au niveau du laboratoire central de la raffinerie de Skikda, pour ses

critiques élogieuses qui sont arrivées à point nommé.

J’adresse mes sincères remerciements à Messieurs Iliess GAS ingénieur au

laboratoire central de la raffinerie de SKIKDA et Fayçal AOUD responsable de la cellule

d’environnement de la raffinerie de SKIKDA pour m'avoir appris les tests simples de

terrain. Je ne saurais oublier l'ensemble du personnel du laboratoire central de la

raffinerie de SKIKDA pour leurs aides pendant les neufs mois de stage.

Mes remerciements s’adressent également à Monsieur Sami BOUHOUCHE,

Madame Nouwara BOUGHAYOUT ingénieurs au laboratoire de la direction de

l’environnement et tout le personnel de la direction pour leurs contributions respectives à

ce travail.

Je tiens également à dire merci à Monsieur Fateh MOKHBI chef service du

laboratoire de l’ADE et Mesdames LITIM, CHIBANE et NOURIA pour la mise à ma

disposition de l'essai de jar test.

Les remerciements ne seraient rien sans une mention particulière pour mes

collègues de la deuxième promotion « pollution chimique et environnement » et pour

mes amies de longues dates, Imen, Sarah et Leila. Merci pour tous les moments qu’on a

passé ensemble.

Dédicaces

Je dédie ce modeste travail à mes chers parents. Ma mère pour m'avoir mis au

monde et pour m’avoir accompagné tout le long de ma vie. Je lui dois une fière

chandelle. Mon père qui sans lui je ne serais pas arrivé jusqu'ici. J’espère toujours

rester fidèle aux valeurs morales que vous m’avez apprises.

A tous mes sœurs, mes deux petits frères et toute ma famille.

A mon fiancé LERKAM Farid, qui a su me réconforter, me redonner du

courage et m’épauler lors des moments difficiles.

A tous mes amies et mes collègues.

139

SOMMAIRE

INTRODUCTION GENERALE............................................................................................................... 1

I POLLUTION DES EAUX ...................................................................................................................... 2

I.1 DEFINITION DES EAUX RESIDUAIRES INDUSTRIELLES ........................................................................ 3I.2 ORIGINE DES POLLUANTS ET TYPES DE POLLUTIONS INDUSTRIELLES ................................................. 3

I.2.1 Pollution physique ................................................................................................................ 3I.2.2 Pollution chimique................................................................................................................ 4I.2.3 Pollution microbiologique..................................................................................................... 7

I.3 PARAMETRES DE MESURE DE LA POLLUTION .................................................................................... 7I.3.1 Paramètres organoleptiques................................................................................................... 7I.3.2 Paramètres physiques ............................................................................................................ 7I.3.3 Paramètres chimiques ........................................................................................................... 8I.3.4 Autres paramètres ................................................................................................................. 9

II EPURATION DES EAUX RESIDUAIRES INDUSTRIELLES .........................................................11

II.1 LES PRÉTRAITEMENTS ...............................................................................................................11II.1.1 Dégrillage............................................................................................................................11II.1.2 Dessablage...........................................................................................................................11II.1.3 Déshuilage dégraissage ........................................................................................................12

II.2 EPURATION PHYSICOCHIMIQUES ................................................................................................12II.2.1 Particules colloïdales............................................................................................................12II.2.2 Coagulation Floculation .......................................................................................................15II.2.3 Décantation..........................................................................................................................21II.2.4 Flottation .............................................................................................................................22

II.3 TRAITEMENTS BIOLOGIQUES......................................................................................................23II.3.1 Les procédés biologiques extensifs.......................................................................................24II.3.2 Les procédés biologiques intensifs........................................................................................25II.3.3 Evolution d’une culture bactérienne .....................................................................................27II.3.4 Facteur limitant la biodégradabilité ......................................................................................27II.3.5 Problèmes de décantation des boues .....................................................................................28

II.4 TRAITEMENT D'AFFINAGE ..........................................................................................................29II.4.1 Filtration sur sable ...............................................................................................................29II.4.2 Adsorption sur charbon actif ................................................................................................32

III REUTILISATION ET RECYCLAGE DES EAUX EPUREES.........................................................37

III.1 DEFINITION...............................................................................................................................38III.2 CATEGORIES DE REUTILISATION DE L’EAU..................................................................................39

III.2.1 Réutilisation à titre d’eau potable.....................................................................................39III.2.2 Utilisations urbaines et récréatives non restreintes et irrigation des cultures vivrières........39III.2.3 Utilisations urbaines et récréatives restreintes, irrigation de cultures non vivrières ou decultures transformées avant consommation.........................................................................................40III.2.4 Réutilisation et recyclage industriels ................................................................................41

III.3 REGLEMENTS SUR LA REUTILISATION DE L’EAU, CRITERES DE QUALITE ET DIRECTIVES ................41III.4 TECHNOLOGIES DE TRAITEMENT DES EAUX USEES POUR LA RECUPERATION ET LA REUTILISATION 43III.5 PLANIFICATION ET MISE EN ŒUVRE DES PROGRAMMES DE RECUPERATION ET DE REUTILISATIONDES EAUX USEES .....................................................................................................................................44

VI DESCRIPTION DE LA STEP ET DU CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT..................................45

VI.1 STATION D’ÉPURATION..............................................................................................................45VI.1.1 Origine des eaux brutes ...................................................................................................45VI.1.2 Caractéristiques des eaux dans l'industrie du pétrole (eaux de procédés) ...........................46VI.1.3 Rôle de la STEP ..............................................................................................................46VI.1.4 Description du procédé dans chaque bassin de la STEP....................................................48

140

VI.2 TOUR DE REFROIDISSEMENT ......................................................................................................54VI.2.1 Généralités : ....................................................................................................................54VI.2.2 Rappel des principales caractéristiques d’un réfrigérant atmosphérique : ..........................55VI.2.3 Inconvénients rencontrés et origines : ..............................................................................56VI.2.4 Description schématique du système de refroidissement...................................................57

V PROTOCOLE EXPERIMENTAL.......................................................................................................60

V.1 COAGULATION FLOCULATION ....................................................................................................60V.2 TRAITEMENT BIOLOGIQUE..........................................................................................................62V.3 FILTRATION SUR SABLE ET SUR CHARBON ACTIF .........................................................................62

V.3.1 Filtration sur sable...........................................................................................................62V.3.2 Filtration sur charbon actif...............................................................................................63

V.4 METHODES ET NORMES D'ANALYSE ............................................................................................64V.4.1 Analyse des eaux.............................................................................................................64V.4.2 Echantillon à analyser......................................................................................................65V.4.3 Matériels utilisés .............................................................................................................65V.4.4 Normes et analyses..........................................................................................................66

VI RESULTATS ET DISCUSSIONS ......................................................................................................77

VI.1 SUIVI DE LA QUALITE DES EAUX DES DEUX PROCES (LA STEP ET LE CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT)PENDANT 09 MOIS ...................................................................................................................................77VI.2 CHOIX DU COAGULANT ET DES CONCENTRATION ADEQUATES POUR UNE EPURATION EFFICACE .....86VI.3 EPURATION AVEC LES DOSES OPTIMALES PLUS LE POLYELECTROLYTE .........................................93

VI.2.1 Addition de 10 ml du coagulant plus (0,3-0,6-0,9-1,2-1,5) ml du polyélectrolyte : ............94VI.2.2 Addition de 15 ml du coagulant plus (0,3-0,6-0,9-1,2-1,5) ml du polyélectrolyte : ..........100VI.2.3 Addition de 20 ml du coagulant plus (0,3-0,6-0,9-1,2-1,5) ml du polyélectrolyte ...........108

VI.4 EFFICACITE DES ETAPES D'EPURATION ......................................................................................113VI.4.1 Efficacité des étapes d'épuration avant clarification........................................................113

VI.5 OPTIMISATION DES PROPORTIONS DE L'EAU DE BARRAGE...........................................................122

CONCLUSION GENERALE.................................................................................................................131

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES...............................................................................................133

ANNEXE.................................................................................................................................................133

1

LISTE DES TABLEAUX

Tableau II-2-1: Dérivés des sels d'aluminium et de fer…………………………………... 17Tableau II-2-2: Efficacité épuratoire de la décantation……………………………………21Tableau II-3-1: Les différents systèmes d'épuration biologique…………………………...26Tableau II-4-1: Classement et caractéristiques des pores………………………………….32Tableau II-4-2: Caractéristiques du charbon activé………………………………………..33Tableau III-3-1 : Utilisations permises et normes à suivre concernant l’eau récupérée (selonle ministère de l’Environnement, des Terres et des Parcs de la Colombie-Britannique,1999)……………………………………………………………………………………….42Tableau III-3-2: Normes de qualité relatives aux effluents traités servant à l’irrigation aumoyen d’eaux usées ministère de l’Environnement de l’Alberta, 2000)………………….43Tableau IV-1-1: Caractéristiques de l'eau de procédé……………………………………..43Tableau IV-1-2: Caractéristiques de l'eau de procédé……………………………………..46Tableau IV-1-3: Normes de rejet des eaux résiduaires traitées…........................................46Tableau V-3-1 : Caractéristiques des filtres utilisés……………………………………….63Tableau V-4-1: Facteur correspondant aux volumes d'échantillon prélevé………………..74Tableau V-4-2: Facteurs correspondants aux valeurs de THCa2+ et TAC…………………75Tableau V-4-3: Interprétation des résultats de l'indice de saturation………………………75Tableau V-4-4: Interprétation des résultats de l'indice de stabilité………………………...76

LISTE DES FIGURES

Figure II-2-1: Nature et gamme de taille des particules colloïdales dansl'environnement………………………………………………………………………13Figure II-2-2 : Structure des colloïdes "théorie de la double couche"………………14Figure II-2-3 : Coagulation floculation……………………………………………...15Figure II-2-4: Emprisonnement des particules dans les flocs pendant la décantation………………………………………………………………………………………..16Figure II-2-5: Adsorption et pontage à l'aide de polymères…………………………16Figure II-2-6: Les différentes étapes du processus de floculation…………………..20Figure II-4- 1: Transfert du soluté lors de son adsorption sur charbon activé………33Figure III-1-1: Schéma décrivant le processus de réutilisation de l'eau dans le cadredu cycle (simplifié) de l'eau en milieu urbain…………………….............................39Figure IV-1-1: Procédé de traitement des eaux de la raffinerie de SKIKDA (RNK1)………………………………………………………………………………………..53Figure IV-2-1 : Circuit ouvert, circuit fermé et circuit semi-ouvert...………………54Figure VI-2-2: Présentation schématique du circuit de refroidissement de la raffineriede SKIKDA .......……………………………………………………………………..59Figures de VI-1-1 à VI-1-2,Suivi de la qualité des eaux des deux procès (la STEP etle circuit de refroidissement) pendant 09 mois, Variation de: la conductivité, TDS, Cl-,PO4

3-, NH3, Fer, pH, TA, TAC, TH, SiO2, Insat, Insab, KMnO4 en fonction de temps…………. ……………………………...78-78-79-79-80-80-81-81-82-82-84-84-85-85Figures de VI-2- 1 à VI-2- 23, Choix du coagulant et des concentrations adéquatespour une épuration efficace, Variation de: pH, turbidité, absorbance des MES à550nm, conductivité, TDS, NH3, PO4

3-, absorbance des MO à 254 nm, DCO, DBO, TAC,Cl-, TH en fonction des concentrations des coagulants………………………………………………………………………………..87-87-88-88-89-89-90-90-91-91-92-92-93Figures de VI-3-1-1 à VI-3-1-23, Addition de 10 ml du coagulant plus (0,3-0,6-0,9-1,2-1,5) ml du polyélectrolyte, Variation de: turbidité, absorbance des MES, pH,conductivité, TDS, TAC, TH, Cl-, NH3, PO4

3-, absorbance à 254 nm de MO, DCO,DBO en fonction de la concentration du polyélectrolyte……………………………….……………………………………………….94-94-95-95-96-96-97-97-98-98-99-100Figures de VI-3-2-1 à VI-3-2-23, Addition de 15 ml du coagulant plus (0,3-0,6-0,9-1,2-1,5) ml du polyélectrolyte, Variation de: turbidité, absorbance des MES, pH,conductivité, TDS, TAC, TH, PO4

3-, NH3, Cl-, DCO, DBO5, absorbance à 254 nm deMO, en fonction de la concentration du polyélectrolyte………………………………..……………………………101-101-102-103-103-104-104-105-105-106-106-107-107Figures VI-3-3-1 à VI-3-3-23, Addition de 15 ml du coagulant plus (0,3-0,6-0,9-1,2-1,5) ml du polyélectrolyte de, Variation : turbidité, absorbance des MES à 550 nm,pH, TAC, conductivité, TDS, Cl-, TH, DCO, DBO5, absorbance des MO à 254 nm, enfonction de la concentration du polyélectrolyte………………………………………...……………………………………...108-108-109-109-110-110-111-111-112-112-113Figures de VI-4-1-1 à VI-4-1-23, Efficacité des étapes d'épuration avant clarification,Variation de: absorbance des MES à 550 nm, turbidité, pH, conductivité, TDS, TAC,TH, Cl-, NH3, PO4

3-, DCO, DBO5, absorbance à 254 nm………………………………………………………………...114-114-115-115-116-116-117-117-118-119-119-120Figures de VI-5-1 à VI-5-16, Optimisation des proportions de l’eau de barragevariation de: turbidité, absorbance des MES à 550 nm, pH, conductivité, TDS, TH,

TAC, TH Ca2+, TH Mg2+, Cl-, SiO2, fer total, indice de KMnO4, absorbance des MO à254 nm, Insat, Insab …...……………………………………………………………….………………….123-124-124-125-125-126-126-127-127-128-128-129-129-130-131

Liste des abréviations

ERI: eaux résiduaires industriellesSTEP: station de traitement des eaux polluées.MES: matières en suspension.pH: potentiel d'hydrogène.TA: titre alcalimétrique.TAC: titre alcalimétrique complet.TH: titre hydrométrique (dureté).THCa2+: titre hydrométrique calcique.THMg2+: titre hydrométrique magnésien.DCO: demande chimique en oxygène.DBO5: demande biologique en oxygène pendant cinq jours.MOX: matières organiques oxydable.TDS: total des sels dissous.TPTZ: 2- 6-tripyridy- 5- triazineNTU: unité néphélométrique.COT: Carbone organique total.NT: Azote totalPT: Phosphore totalInsat (IL): Indice de saturation ou de Langelier.Insab (IR): Indice de stabilité ou de ResnerHC: hydrocarbures.CE: Conductivité.IM: indice de MohlmanDBOMC: demande biochimique en oxygène des matières carbonées.RAS: rapport d’absorption du sodium.B1: bassin de collecteS8: réservoir des eaux accidentellement polluées.API: American Pétrolium InstitutB-2: bassin de déshuilageB-3: puisard de récupération des huiles flottantes.B-7: puisard de récupération des boues du fond du bassin de déshuilage.B-5 A: bassin de mixage rapide.B-5 B: bassin de contrôle de pH.B-5 C: bassin de floculation.B-6: bassin de flottation à air dissous.B-7 A: bassin de récupération des particules flottantes du bassin de flottation.B-18: bassin de correction de pH.B-13 A/B: bassin de traitement biologique avec deux cuves A et B.B-7 B: bassin de rassemblement de l'excès de boues du bassin de traitementbiologique.B-14: bassin de décantation.B-15: bassin de récupération des eaux avant filtration.B-17: bassin de rejet ou bassin de récupération des eaux épurées.V3 A/B/C: trois colonnes de filtres à sable.V2 A/B/C/D: quatre colonnes de filtres de charbon activé qui fonctionnent en binaire.B-19: bassin de traitement des boues.1020-E-1: tour de refroidissement.

1020-B-1: bassin de traitement de l'eau du circuit de refroidissement.1020-S-1- 1A/B: filtre de l'eau du circuit de refroidissement.Hg: mercure.Cr: crome.Ti: titane.Cu: cuivre.Co: cobalte.Ni: nickel.Pb: plomb.Zn: zink.Cm: charge massique.Vm: charge volumique.

Introduction générale

Introduction Générale

1

Introduction générale

Un approvisionnement adéquat en eau de bonne qualité est essentiel au

développement continu de n’importe quelle société. Les données les plus récentes sur

l’utilisation brute de l’eau indiquent que le prélèvement total d’eau croît de façon

régulière. Les incertitudes que soulève l’avenir des ressources en eau accentuent ce défi

en raison d’épisodes climatiques extrêmes et des changements du climat, d’une

concurrence accrue pour l’accès à des ressources limitées en eau à l’échelle mondiale et

d’une demande croissante pour ce qui est d’un meilleur contrôle de la pollution des eaux

usées à l’appui d’une meilleure utilisation des eaux réceptrices. L’une des solutions

réside dans la réutilisation de l’eau, ce qui facilite l’utilisation des effluents municipaux

traités comme nouvelle source d’approvisionnement tout en réduisant l’évacuation

d’effluents pollués dans les eaux réceptrices. Dans certains cas, la réutilisation de l’eau

peut présenter des avantages économiques découlant en partie des économies réalisables

sur l’expansion des infrastructures d’approvisionnement en eau et de traitement des eaux

usées.

Les pratiques de réutilisation peuvent être classées en différentes catégories dans

un ordre décroissant : La réutilisation domestique, soit directe à titre d’eau potable, soit

indirecte dans plusieurs activités urbaines ; la réutilisation agricole pour l’irrigation des

cultures vivrières, non vivrières ou de cultures transformées avant consommation. Enfin

la réutilisation et le recyclage industriels pour le lavage, nettoyage et l’alimentation des

circuits de refroidissement.

Il existe à l’heure actuelle une vaste gamme de technologies de traitement pouvant

servir à la récupération et à la réutilisation des eaux usées. Un grand nombre de ces

technologies, ont été mises au point et appliquées. Ils sont implantés avec les stations

d’épurations afin d’avoir une qualité d’eau épurée bien déterminé vu l’usage souhaité.

Dans ce mémoire on va voir un exemple de la réutilisation d’une eau épurée.

L’objectif général de ce travail est d’étudier, la possibilité de recycler des eaux résiduaires

industrielles chargées des matières organiques (les hydrocarbures) et des ions chlorures

provenant du complexe de distillation et raffinage du pétrole brut ; vers la tour de

Introduction Générale

2

refroidissement de ce dernier ; après avoir dégradé la totalité des polluants qu’elles

véhiculent, passant par différentes étapes d’épurations.

Pour atteindre cet objectif, ce travail se compose de deux volets. Le premier volet

est la partie théorique avec trois chapitres, dont le premier consiste à déterminer les

principales causes de pollution des eaux et les paramètres qui décident le type et le taux

de pollution ainsi que leurs conséquences sur l’environnement et l’être humain. Le

second présente quelques modes d’épuration ou de traitement des eaux usées qui peuvent

exister dans les STEP. Enfin le troisième chapitre défini la réutilisation de l'eau et ses

diverses voies mêmes les règles de la planification des programmes de recyclage des

eaux épurées. Le deuxième volet est la partie expérimentale, comporte d’un part les

résultats suivis pendant plusieurs mois de la composition physico-chimique des eaux

usées à l’entrée et à la sortie de la STEP, des eaux qui retournent aux tours de

refroidissement après avoir refroidi différents procès industriels, ainsi que l’eau de

barrage qui sert à alimenter les tours. D’autre part il regroupe les phases d’épurations des

eaux polluées à l’échelle du laboratoire ; en essayant de localiser le problème de la STEP

en question, et en même temps tentant à améliorer ces phases d’épurations afin d’arriver

à une eau épurée qui répond à notre objectif. Somme toute est l’optimisation du mélange,

eau de barrage-eau épurée ; pour arriver à une eau équilibrée qui peut accéder au circuit

de refroidissement sans causer des problèmes de corrosion, d’entartrage ou même

d’encrassement biologique.

Pour finir, on conclue sur la possibilité de faire recycler une eau usée de

propriétés spécifiques vers une tour de refroidissement, passant par certaines étapes

d’épuration, on présente les différentes perspectives et recommandations de ce travail

concernant les pistes à suivre pour la mise en marche et l’amélioration de la STEP en

question.

Chapitre I: Pollution des eaux

eauxesd PollutionChapitre I

3

I Pollution des eauxLa pollution ou la contamination de l'eau peut être définie comme la

dégradation de celle-ci en modifiant ses propriétés physique, chimique et biologique;

par des déversements, rejets, dépôts directs ou indirects de corps étrangers ou de

matières indésirables telles que les microorganismes, les produits toxiques, les déchets

industriels.

Ces substances polluantes peuvent avoir différentes origines:

Urbaine (activités domestiques; eaux d’égout, eaux de cuisine…)

Agricole (engrais, pesticides)

Industrielle (chimie-pharmacie, pétrochimie, raffinage…)

La pollution est directement liée aux activités industrielles et agricoles. Nous nous

intéressons aux rejets liquides transportés par l’eau, appelés couramment les eaux

résiduaires industrielles transportant en général divers produits hautement toxiques

avec des taux très élevés.

I.1 Définition des eaux résiduaires industriellesTous effluents ou rejets industriels obtenus lors de l'extraction et de la

transformation des matières premières en produits industriels. Les eaux de rejets des

services généraux des industries (sanitaire et cuisine) sont considérées également

comme eaux résiduaires industrielles [1-3].

I.2 Origine des polluants et types de pollutions industriellesLes eaux résiduaires industrielles sont spécifiques par leur volume et leur

composition. On distingue trois types de pollution :

I.2.1 Pollution physiqueC'est une pollution due aux agents physiques (tout élément solide entraîné par

l'eau), elle est d'origine domestique, essentiellement industrielle. On peut la répartir en

trois classes: mécanique, thermique et radioactive [1], [5].

I.2.1.1 Pollution mécanique

Elle résulte des décharges de déchets et de particules solides apportés par les

ERI, ainsi que les eaux de ruissellement. Ces polluants sont soit les éléments

grossiers soit du sable ou bien les matières en suspension MES.


4

I.2.1.2 Pollution thermique

Les eaux rejetées par les usines utilisant un circuit de refroidissement de

certaines installations (centrales thermiques, nucléaires, raffineries, aciéries..); ont une

température de l'ordre de (70 à 80) °C. Elle diminue jusqu’ à (40 à 45) °C lorsqu’elle

contacte les eaux des milieux aquatiques entraînant un réchauffement de l'eau, qui

influe sur la solubilité de l'oxygène.

En outre tout changement de température cause des effets significatifs sur la

survie des organismes aquatiques. Un abaissement important de température ralenti la

plupart des réactions chimiques vitales voire les arrêter. Au contraire, des

augmentations de température peuvent tuer certaines espèces, mais également

favoriser le développement d'autres organismes causant ainsi un déséquilibre

écologique [1], [2].

I.2.1.3 Pollution radioactive

C'est celle occasionnée par une éventuelle radioactivité artificielle des rejets

qui trouvent leur source dans l'utilisation de l'énergie nucléaire sous toutes ces formes

(installations et centrales d'exploitation de mine d'uranium, traitement des déchets

radioactifs). Les éléments radioactifs s'incorporent dans les molécules des organismes

vivants. Plus on s'élève dans la chaîne alimentaire plus les organismes sont sensibles

aux rayonnements [1], [2].

I.2.2 Pollution chimiqueElle résulte des rejets chimiques, essentiellement d'origine industrielle. La

pollution chimique des eaux est regroupée dans deux catégories :

Organiques (hydrocarbures, pesticides, détergents, phénols..) ;

Minérales (métaux lourds, cyanure, azote, phosphore…)

I.2.2.1 Pollution organique

C'est les effluents chargés de matières organiques fermentescibles

(biodégradables), fournis par les industries alimentaires et agroalimentaires (laiteries,

abattoirs, sucreries…). Ils provoquent une consommation d'oxygène dissous de ces

eaux, en entraînant la mort des poissons par asphyxie et le développement (dépôts de

matières organiques au fonds des rivières) de fermentation anaérobie (putréfaction)

génératrices de nuisances olfactives [2], [6].


5

a. Hydrocarbures

La pollution par les hydrocarbures résulte de plusieurs activités liées à

l'extraction du pétrole, à son transport et en aval à l'utilisation de produits finis

(carburants et lubrifiants), ainsi qu'aux rejets effectués par les navires (marées noires).

Les effets des hydrocarbures dans le milieu marin sont considérables. Ils dépendent

largement de leur composition.

En fait leurs activités peuvent s'exercer selon plusieurs modalités très

différentes [7], [5].

· Toxicité aigue: elle s'exerce sur l'ensemble des êtres vivants du milieu

(végétaux, animaux ou bactéries) provoquant des disparitions immédiate des

poissons s'effectuent par colmatage des bronchites. Les oiseaux sont

également tués en masses par engluage des plumes. On n'estime que 150 000 à

400 000 le nombre d’oiseaux tués annuellement par les hydrocarbures [7].

· Toxicité à long terme: les hydrocarbures ou les produits de dégradation,

peuvent être accumulés par les différents organismes marins, après leur

ingestion, leurs effets peuvent s’étaler sur des périodes très longues. Ce danger

est évidemment plus grave lorsqu'il s'agit des hydrocarbures aromatiques

polycycliques (HPA) cancérigènes (méthyle chlorolanthrène, benzanthracènes,

benbzopyrènes). Ils sont repris par les chaînes alimentaires et concentrées

jusqu'à des taux très élevés. On imagine le danger que peut présenter ce

phénomène pour le consommateur humain [7].

b. Phénols

Ils désignent un ensemble de composés hydroxylés du benzène. La présence

du phénol dans l'eau a pour origine les polluants industriels (usine chimique, cokeries,

industries pétrochimique, raffineries…), ainsi que les revêtements bitumeux des

canalisations et des réservoirs, la décomposition des produits végétaux et la

dégradation des pesticides. Ces produits s'oxydent faiblement, se fixent peu, se filtrent

facilement et ils sont souvent biodégradables; alors ils ne se trouvent qu'en faible

quantité.

Leur inconvénient principal est qu'ils donnent à l'eau un goût extrêmement

désagréable et très persistant marqué de chlorophénol lorsqu'ils sont en présence de

chlore.


6

Les poissons, accumulent les phénols jusqu'à 30 mg/kg, ils sont alors

impropres à la consommation. Les phénols peuvent être séparés des eaux résiduaires

par extraction liquide-liquide, oxydé par le chlore ou l'ozone ou bien détruits par un

traitement biologique [8].

I.2.2.2 Pollution minérale

a. Métaux lourds

La présence des métaux lourds dans l'eau, l'atmosphère et par conséquent la

chaîne alimentaire est le cas le plus intéressant parmi les problèmes posés à la

pollution. Par ordre décroissant de toxicité spécifique. Les métaux sont classés

comme suit: Hg < Cr < Ti < Cu < Co < Ni < Pb < Zn

Les métaux lourds sont susceptibles d'être métabolisé et concentrés par les

organismes vivants et mis en circulation dans la chaîne alimentaire ou leur toxicité

augmente. L'irréversibilité de cette pollution est préoccupante du fait qu'il est

impossible de les récupérer, une fois dissipé dans la nature [5], [9].

b. Cyanure

Les cyanures, c’est un poison à action rapide qui peut se rencontrer sous

plusieurs formes, y compris les formes gazeuses, liquides et solides. Bien que les

cyanures se rencontrent naturellement dans beaucoup d'aliments et de plantes.

L'industrie rejette d'autres composés cyanogènes (installation de cyanuration,

galvanoplastie, traitement de minerais…). L'ion CN- est toxique en raison de l’acide

cyanhydrique qui se produit en présence d'eau selon l'équilibre:

CN-+H2O HCN+OH-

c. Pollution d'azote

Les activités industrielles, peuvent être à l'origine des rejets plus ou moins

riche en azote (élément nutritif) issu des fabrications d'engrais, des cokeries, et des

industries chimiques et agroalimentaires [2]. L'azote existe sous deux formes: la

forme réduite qui regroupe l'azote ammoniacal (NH3 OU NH+4) et l'azote organique

(protéine, créatine, acide urique). Plus une forme oxydée en ions nitrites (NO2-) et

nitrates (NO3-).


7

d. Pollution par le phosphore

Le phosphore a pour origine les industries du traitement de surfaces des

métaux, les laveries industrielles des fabrications, d'engrais agroalimentaire [8].

Comme l'azote, le phosphore est un élément nutritif, il est à l'origine du phénomène

d'eutrophisation c'est-à-dire la prolifération excessive d'algues et de plancton dans les

milieux aquatiques [2].

I.2.3 Pollution microbiologique

L'eau peut contenir des microorganismes pathogènes (virus, bactéries,

parasites) ils sont dangereux pour la santé humaine, et limitent donc les usages que

l'on peut faire de l'eau (industrie, utilisation domestique…) [10].

I.3 Paramètres de mesure de la pollutionL'estimation de la pollution industrielle est un problème complexe et délicat

qui fait appel à des dosages et des tests de différents paramètres servant à caractériser

de manière globale et pertinente le niveau de la pollution présente dans les effluents

[3], [10]. Parmi ces paramètres on cite les plus importants:

I.3.1 Paramètres organoleptiques

a. Couleur

La couleur des ERI est en général grise, signe de présence de matières

organiques dissoutes, de MES, du fer ferrique précipite à l'état d'hydroxyde colloïdale,

du fer ferreux lié à des complexes organiques et de divers colloïdes [1], [10].

b. Odeur

Les ERI se caractérisent par une odeur de moisi. Toute odeur est signe de

pollution qui est due à la présence de matières organiques en décomposition [10].

I.3.2 Paramètres physiques

a. Température

Elle joue un rôle important dans la solubilité des sels et surtout des gaz (en

particulier O2) dans l'eau ainsi que, la détermination du pH et la vitesse des réactions

chimiques. La température agie aussi comme facteur physiologique sur le

métabolisme de croissance des microorganismes vivants dans l'eau [10], [11].


8

b. Potentiel d'hydrogène

Sa valeur caractérise un grand nombre d'équilibre physicochimique. La valeur

du pH altère la croissance des microorganismes existant dans l'eau (leur gamme de

croissance est comprise entre 5 et 9) [1], [11].

c. Turbidité

Elle caractérise le degré de non transparence de l'eau, elle traduit la présence

des MES [12].

d. Matières en suspension

Ce paramètre exprimé en mg/l correspond à la pollution insoluble particulaire,

c'est-à-dire la totalité des particules solides véhiculées par les ERI. Mesuré par peser

après filtration ou centrifugation et séchage à 105°C. Les procédés de séparation par

filtration font appel, soit à des disques en fibres de verre, soit à des couches d'amiante.

La méthode par centrifugation est plus particulièrement réservée au cas où les

méthodes par filtration ne sont pas applicables par suite d'un risque élevé de

colmatage des filtres. [3], [4].

I.3.3 Paramètres chimiques

a. Demande chimique en oxygène (DCO)

C'est la mesure de la quantité d'oxygène nécessaire qui correspond à la

quantité des matières oxydables par oxygène renfermé dans un effluent. Elles

représentent la plus part des composés organiques (détergents, matières fécales). Elle

est mesurée par la consommation d'oxygène par une solution de dichromate de

potassium en milieu sulfurique en présence de sulfate d'argent et de sulfate de

mercure II (complexant des chlorures), à chaud pendent 2h [7], [8], [13] [14].

b. Demande biologique en oxygène (DBO5)

Exprime la quantité d'oxygène nécessaire à la destruction ou à la dégradation

des matières organiques par les microorganismes du milieu. Mesurée par la

consommation d'oxygène à 20°C à l'obscurité pendent 5 jours d'incubation d'un

échantillon préalablement ensemencé, temps qui assure l'oxydation biologique des

matières organiques carbonées. L'épuration biologique aérobie complète d'une ERI

exige en fait un temps de 21 jours (DBO 21 dit ultime) nécessaire pour l'oxydation des


9

composés azotés biodégradables, ou de 28 jours sinon 35 jours, qui représentent le

temps de dégradation de certaines familles d'hydrocarbures.

Le rapport DCO/DBO5 est l'indice de la biodégradabilité d'une eau. Pour qu'une

pollution soit dégradable le rapport est inférieur à 2,5 [1], [8], [14].

La moyenne pondérée de la DCO et la DBO mesurée après décantation pendant 2h

suivant la formule: (DCO + 2 DBO5) / 3 correspond aux matières existantes MOX [2].

c. Carbone total organique COT

Détermine des propriétés variables du carbone organique dissous et

particulaire, du carbone organique provenant de substances volatils et du carbone

minéral dissous.

Sa mesure est réalisée par un analyseur de CO2 à infrarouge après combustion

catalytique à haute température de l'échantillon [1], [7], [11].

d. Azote total NT

Exprimé en mg/l, ce paramètre devient de plus en plus important. Sa valeur

globale dans les ERI recouvre toutes les formes déjà citées. C'est la somme d'azote

des formes réduites (organiques et ammoniacal) est appelé azote de KJELDAL et

l'azote des formes oxydées (NO2-, NO3

-) [1], [3].

e. Phosphore total PT

Le phosphore se trouve dans les ERI sous formes:

Ø D'orthophosphate, soluble PO4H2-;

Ø De polyphosphate qui a tendance à s'hydrolyser en orthophosphate;

Ø De phosphore non dissous.

La somme de ces diverses formes constitue le phosphore total, dont chaque forme

peut être mesurée indépendamment des autres par spectrométrie [1].

I.3.4 Autres paramètres

a. Hydrocarbures

La mesure des hydrocarbures dans les ERI constitue une opération souvent

délicate. En effet, l'échantillonnage est fréquemment hasardeux, particulièrement

lorsque les ERI ne sont pas prélevées dans un réseau sous pression ou quand elles sont


10

très chargées d’huiles. Par ailleurs, les valeurs obtenues lors du dosage réalisé sur un

même échantillon est selon la méthode utilisée, car celle-ci se rapportent alors à la

détection partielle ou totale de composés différents [4].

b. Micropolluants

Le terme micropolluant désigne un ensemble de substance qui, en raison de

leur toxicité, de leur persistance et de leur bioaccumulation sont de nature à engendrer

des nuisances même lorsqu'elles sont rejetées en très faibles quantités [4].

Les principaux micropolluants sont :

Ø Certains métaux lourds et métalloïdes (Cd, Pb, Cr, Cu, …Hg);

Ø Composés phénoliques, organohalogéniques, organophosphorés, huiles

minérales, Hydrocarbures aromatiques polycycliques;

Ø Certains dérivés nitrés [1].

Chapitre II: Epuration des eaux

résiduaires industrielles

Chapitre II Epuration des eaux résiduaires industrielles

11

II Epuration des eaux résiduaires industrielles

L'épuration des ERI a pour objectif de réduire la charge polluante qu'elles

véhiculent, afin de rendre au milieu aquatique qui est le milieu récepteur une eau de

qualité, respectueuse des équilibres naturels et de ses usages futurs. Dans une STEP

l’épuration des eaux passe par différentes étapes [15]; dont on va les présenter ci-

dessous : les prétraitements suivis des traitements physicochimiques puis les

traitements biologiques et enfin les traitements d'affinage.

II.1 Les prétraitements

Les prétraitements constituent l'ensemble des opérations physique et

mécanique: dégrillage, dessablage et dégraissage-déshuilage. Ils dépendent de la

nature et des caractéristiques des rejets industriels et de la ligne d’épuration prévue en

aval. [15-17].

II.1.1 Dégrillage

Il permet de filtrer les objets ou les détritus les plus grossiers véhiculés par les

eaux usées. Son principe consiste à faire passer l'eau brute à travers des grilles

composées de barreaux placés verticalement ou inclinés de 60° à 80° sur l'horizontal

[17]. Le choix d'espacement des barreaux de la grille est défini par la taille et la nature

des déchets acceptés par la STEP. Un espacement de 10mm (dégrillage fin)

maximum est utilisé pour protéger les filières d’épuration des eaux ou des boues

spécifiques (décantation lamellaire, centrifugation…). Plus communément,

l'espacement des barreaux est de 2,0 à 2,50 cm pour un dégrilleur mécanique et 3 à 4

cm pour un dégrilleur manuel [18].

La vitesse moyenne de passage de l'eau entre les barreaux est comprise entre

0,6 et 1 m/s [17]. Les déchets récupérés sont compactés afin de réduire leur volume

puis stockés dans une benne avant d'être envoyés vers une filière de traitement adapté

[19].

II.1.2 Dessablage

Les matières minérales grossières en suspension tels que les sables et les

graviers, dont la vitesse de chute est inférieure à 0,3 m/s, susceptibles d'endommager

les installations en aval, vont se déposer au fond d'un dessableur par décantation. Il

faut 60 secondes à l'eau pour traverser le dessableur et éliminer 90% du sable qui


12

ensuite récupéré par un râteau mécanique et poussé dans un contenaire d'évacuation

[18], [20], [21].

II.1.3 Déshuilage dégraissage

Le déshuilage est une extraction liquide-liquide tendit que le dégraissage est

une extraction solide-liquide. On peut considérer que le déshuilage dégraissage se

rapporte à l'extraction de toutes matières flottantes d'une densité inférieure à celle de

l'eau. Ces matières sont de nature très diverses (huiles, hydrocarbures, graisses…).

Elles peuvent former une émulsion stable entretenue par le brassage de l'eau ou

constituer une phase indépendante non émulsionnée.

Le déshuilage complet nécessite en fait un traitement en deux stades:

· Prédéshuilage, par opération physique gravitaire sans adjonction de réactifs,

réduisant la teneur en HC à environ 15 à 100mg/l, il s'effectue par flottation

naturelle des vésicules huileuses émulsionnées. Si l'émulsion n'est pas trop fine

(particules supérieurs à 50µm). Il est réalisé dans différent types d'appareils:

déshuileurs longitudinaux conventionnels, à plaques parallèles et circulaires

raclés.

· Déshuilage final: flottation par air dissous où les bulles d'air augmentent la vitesse

de remontée des particules grasses et des huiles lorsqu'elles ne sont pas

émulsionnées, ou coagulation par sels métalliques ou par électrolytes permettant

d'obtenir l'épuration complète [17], [22].

II.2 Epuration physicochimique

Si la décantation se faisait directement après le prélèvement dans le milieu

aquatique, le temps de décantation d'un gravier dans un mètre d'eau serait d'une

seconde par la seule influence de son poids, on passerait à 2 minutes pour le sable fin,

à 2 heures pour l'argile, à 8 jours pour une bactérie et de 2 à 200 ans pour un colloïde.

Ces durées étant bien évidemment beaucoup trop grandes. Les colloïdes peuvent

même traverser un filtre très fin, ils sont les principales causes de la turbidité et la

couleur d'une eau [23], [24].

II.2.1 Particules colloïdales

Les colloïdes sont des macromolécules organiques ou minérales qui, placées

dans l'eau, ne forment pas une solution, mais forment une suspension colloïdale.

http://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9cantation

http://fr.wikipedia.org/wiki/Argile

http://fr.wikipedia.org/wiki/Bact%C3%A9rie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Collo%C3%AFde


13

La formation de cette pseudo solution s'explique par le fait que la taille de ces

macromolécules est plus grande que celle des " vides " offerts dans le maillage des

molécules d'eau, vides qui accueillent les petites molécules dont on dit qu'elles sont

dissoutes dès lors qu'elles sont " cachées " dans ce maillage [25].

Ce sont également des entités assez petites pour ne pas sédimenter en l'absence

d'agrégation pendant un laps de temps assez long. Leur taille est fixée le plus souvent

de manière arbitraire entre 1 nm et 1 µm comme le montre la figure II-2-1 [26]. Dans

le milieu aqueux, les micelles colloïdales sont animées de mouvements de types

browniens. Ces mouvements sont dues, au moins en partie, au fait que les colloïdes

adsorbent des charges électriques négatives ou positives qui entraînent des

mouvements de répulsion entre les micelles [25].

Figure II-2-1: Nature et gamme de taille des particules colloïdales dans l'environnement

-10 -9 -8 -7 -6 -5

SOLUTES COLLOIDES OUMACROMOLECULES

PARTICULES

Log (size/m)

Virus Bacteria, algue0.45µm1A° 1nm

Hydroxy ac Amino ac

Peptides Protéines PolysaccharidesFulvics Humics

Cellular debris

Hetero ply-condensates

Organic compound adsorbedan inorganique particles

NO

N L

IVIN

GO

RG

AN

ICC

OM

POU

ND

S

INO

RG

AN

IC C

OM

POU

ND

S SimpleHydratedAnions(ex: OH-

Cl-

HCO3-

SO42-

HS-)

SimpleHydratedCations(exp: Na+

K+

Ca2+

Mg2+

Cu2+)

Fex(OH)y

Al13(OH)327+

FeOOHMnO2

dayscarbonates

metal sulfidesPhosphates


14

II.2.1.1 Structure des colloïdes

Les colloïdes portent des charges négatives situées à leur surface. Ces charges

négatives attirent les ions positifs en solution dans l'eau. Ceux-ci sont étroitement

collés au colloïde et forment la couche liée ou de STERN. Elle attire à son tour des

anions accompagnés d'une faible quantité de cations : c'est la couche diffuse ou de

GOUY. Il y a donc formation d'une double couche ionique, l'une accompagnant la

particule lors de ces déplacements (couche liée), l'autre se déplaçant indépendamment

ou avec un certain retard (couche diffuse) comme s’est indiqué dans la figure II-2-2

[27] [28].

Figure II-2-2 : Structure des colloïdes «théorie de la double couche ».

II.2.1.2 Potentiel Zéta

Le potentiel Zéta se situe à la limite extérieure de la couche liée. C'est ce

potentiel qui persiste lorsque la particule se déplace. Le potentiel Zéta est important

car il définit le comportement électrocinétique des particules et par voie de

conséquence leur stabilité dans la solution. L'annulation du potentiel Zéta est l'objectif

de la coagulation. Cela permet de déstabiliser les particules et de favoriser leurs

agglomérations [28]. En déduit donc que l'élimination des colloïdes passe par

l'annulation du potentiel zêta afin d'annuler les forces de répulsion.


15

II.2.2 Coagulation Floculation

L’opération de coagulation-floculation a pour but la croissance des particules

(qui sont essentiellement colloïdales) par leur déstabilisation puis formation de flocs

par absorption et agrégation, le schéma qui illustre ce phénomène est présenté sur la

figure II-2-3. Les flocs ainsi formés seront décantés et filtrés par la suite [29], [30].

Figure II-2-3 : Coagulation floculation

II.2.2.1 La coagulation

Le mot coagulation vient du latin coagulare qui signifie « agglomérer ». La

coagulation consiste à ajouter à l'eau un réactif permettant la déstabilisation des

particules en suspension par la neutralisation de leurs charges négatives qui sont à

l'origine du maintien en suspension stable c'est-à-dire à l'annulation du potentiel zêta.

Il faut noter que la coagulation n'est correcte qu'à l'intérieur d'une zone de pH bien

déterminée (un pH supérieur à 4 pour les chlorure de fer et un pH compris entre 6 et 7

pour le sulfate d'aluminium); elle demande aussi une dispersion immédiate du

coagulant dans l'eau afin que les charges électriques des colloïdes soient déchargés

uniformément, cela permet aux particules de s'agglomérer et de décanter plus

rapidement [30], [31]. Quatre mécanismes sont proposés pour expliquer la

déstabilisation des particules et leur agglomération :

· Compression de la double couche: coagulation non spécifique ou

électrostatique par diminution des forces de répulsion électrostatique,

provoquée par des électrolytes quelconques, qui compriment le nuage ionique

autour des particules.


16

· Adsorption et neutralisation des charges: coagulation par adsorption d'ions de

signe contraire fortement chargés, qui diminuent le potentiel à la limite de la

couche de STREN.

· Emprisonnement des particules dans un précipité, présenté sur la figure II-2-4

[25]: coagulation par entraînement "Sweep coagulation", pour les suspensions

diluées dont les particules sont captées et entraînées dans un précipité de

formation rapide.

Figure II-2-4: Emprisonnement des particules dans les flocs pendant la décantation.

· Adsorption et pontage entre les particules schématisé sur la figure II-2-5:

floculation ou adsorption de macromolécules ou de poly électrolytes,

susceptibles de former des ponts inter particulaires. [28], [32].

Figure II-2-5: Adsorption et pontage à l'aide de polymères.

II.2.2.2 Coagulant et processus de coagulation

L'efficacité de la clarification dépend d'abord du coagulant utilisé. Les plus

efficaces sont des sels de métaux, à base d'aluminium ou de fer. Ils sont cités dans le

tableau suivant [28] :


17

Tableau II-2-1: Dérivés des sels d'aluminium et de fer.

La mise en solution d'un coagulant se déroule en deux étapes: (le cas du

sulfate d’aluminium est très significatif). La réaction est présentée de la façon

suivante:

Al2 (SO4)3 étape 1 Alx (OH) y (SO4) z étapes 2 Al (OH) 3

Intermédiaires précipité

Poly chargés

L’étape 1 est une phase d’hydrolyse. Des intermédiaires poly chargés positifs

se forment pour neutraliser la charge primaire négative des colloïdes. C’est la

véritable forme coagulante qui déstabilise les particules chargées négativement.

L’étape 1 dépend de la température et nécessite un pH compatible avec l’existence de

ces intermédiaires poly chargés. Le temps de formation de ces composés est de l’ordre

de 0,5 s.

L’étape 2 permet la formation du précipité Al (OH) 3. Elle dépend de

l’agitation du milieu. Ce précipité est l’élément qui assure le pontage et la coalescence

entre les colloïdes déstabilisés : c’est la forme floculante.

mAl3++nH2O Alm(0H)n(3m-n)+ + nH+

Les sels d'aluminium ou de fer réagissent avec l'alcalinité de l'eau et produisent des

hydroxydes insolubles.

II.2.2.3 Paramètres influençant le bon fonctionnement du procédé de

coagulation.

a. Influence du pH

L’ajout d’un coagulant modifie souvent le pH de l’eau. En effet, une

coagulation réalisée à un pH non optimal peut entraîner une augmentation

significative du temps de coagulation [30], [33].

Sels d'aluminium Formule chimique Sels de fer Formule chimique

Sulfate d'aluminium Al2 (SO4)3 Sulfate ferrique Fe2 (SO4)3

Chlorure d'aluminium AlCl3 Chlorure ferrique Fe2Cl3Aluminate de sodium NaAlO2 Sulfate ferreux FeSO4


18

b. Influence de la dose du coagulant

Une dose de coagulant excessive entraîne une augmentation du coût

d’exploitation, tandis qu’un dosage insuffisant conduit à une qualité de l’eau traitée

insuffisante [30].

c. Influence de la température

Une basse température, entraînant une augmentation de la viscosité de l’eau,

alors le floc se décante plus difficilement et a tendance à pénétrer plus profondément

dans les filtres. La coagulation et la décantation du floc sont ralenties et la plage du

pH optimal diminue. Pour éviter ces difficultés, une solution consiste à changer de

coagulant en fonction des saisons. [34], [30].

d. Influence de la turbidité

Dans une certaine plage de turbidité, l’augmentation de la concentration en

particules doit être suivie d’une augmentation de la dose de coagulant.

Quand la turbidité de l’eau est trop faible, on peut augmenter la concentration

en particules par addition d’argile ou de la silice activée [30].

e. Influence des sels dissous

Dans la coagulation et la floculation, les sels dissous dans une eau modifient la

plage de pH optimale, le temps requis pour la floculation, la quantité de coagulant

requis et la quantité résiduelle de coagulant dans l'effluent [34].

f. Influence du mélange

Au cours du mélange des produits chimiques lors de la coagulation et de la

floculation, on procède au; mélange rapide énergique et de courte durée (120 s) pour

disperser les produits dans la totalité du volume d'eau [34] et au mélange relativement

lent afin de favoriser la rencontre et l'agrégation des colloïdes mais sans détruire les

flocs déjà formés

g. Influence de l'alcalinité

L'alcalinité naturelle de l'eau réagit avec l'alun pour former le précipité

d'hydroxyde d'aluminium. Il faut donc un minimum d'alcalinité pour que l'alun agisse

correctement et pour stabiliser le pH dans la plage optimale au cours de la coagulation

dans les eaux de faibles alcalinités [28].


19

II.2.2.4 Floculation

La floculation est le processus de grossissement et d'uniformisation des petits

flocons formés lors de l'introduction du coagulant. Elle a pour but d'augmenter la

probabilité des contacts entre les particules colloïdales déstabilisées et leur

agglomération, pour accroître son volume, sa masse et sa cohésion. Une bonne

floculation est favorisée par:

· Une coagulation préalable aussi parfaite que possible;

· Une augmentation de la quantité du floc dans l'eau;

· Un brassage homogène et lent pour tout le volume d'eau;

· L'emploi de certains produits appelés floculants ou adjuvants de coagulation.

[16], [31].

On distingue trois types de floculation selon le type de mouvement qui anime les

particules dans la suspension:

a. Floculation rapide ou pré cinétique (mouvement brownien):

Les contacts entre les particules sont causés par le mouvement aléatoire de

celles-ci, dit mouvement brownien qui est fonction de la température de l’eau [28],

[34].

b. Floculation lente ou ortho cinétique (brassage mécanique):

C’est la floculation provoquée par l'agitation de l'eau. Elle est donc causée par

le brassage de l'eau qui permet d'augmenter les chances de contacts entre les

particules [28], [34].

c. Floculation par entraînement

Elle se produit dans une solution qui décante quand les grosses particules,

tombant plus vite, entraînant les plus petites avec eux [33].

II.2.2.5 Floculants (adjuvants de coagulation) et processus de floculation

On injecte les floculants à la suite du coagulant. Leur rôle est d'accélérer la

floculation ou d'améliorer la consistance et la densité des flocons.

Les adjuvants les plus communément utilisés sont: floculants minéraux (la

silice) ou des floculants organiques (polymères à haut poids moléculaires) naturels tel

que l'alginate extrait des algues marines ou synthétiques (polyélectrolytes anioniques,


20

cationiques ou non ioniques). Ils se définissent par leur poids moléculaire qui est

caractéristique de polymères à longue chaîne, et également par leur densité de charge

[16], [27], [31], [35].

II.2.2.6 Mécanisme d'action des polyélectrolytes

Les réactifs polymériques, selon leur composition chimique et le caractère

ionique de leurs groupements actifs, font intervenir dans la floculation deux

mécanismes très différents:

a. Floculation par neutralisation de charge: (annulation du potentiel zêta)

Les polyélectrolytes cationiques, provoquent la décharge électrique des

colloïdes, en venant s'adsorber a l'interface solide/liquide, selon une réaction

irréversible très voisine de celle mise en jeu dans la coagulation par les électrolytes

minéraux. L'agglomération des particules adjacentes contiguës interviendra par une

agitation modérée du milieu réactionnel [35].

b. Floculation par adsorption physicochimique des polymères (Phénomène de

Réticulation)

Les polymères anioniques et non ioniques, ne peuvent occasionner la

floculation par simple neutralisation. Leur mode d'action ne peut s'expliquer qu'en

faisant intervenir un processus d'adsorption d'une fraction de la chaîne polymérique

sur un emplacement déterminé de la surface des particules, conformément, en

première approximation, a une loi du type isotherme de Langmuir [35]. Un schéma

illustrant le processus de floculation est représenté sur la figure II-2-6 [34].

Figure II-2-6: Les différentes étapes du processus de floculation.

Le pH et la salinité du milieu réactionnel peuvent également jouer un rôle. En

général, l'efficacité floculante des polymères anioniques se manifeste surtout en

milieu basique, au contraire des polyélectrolytes cationiques, actifs en milieu acide,


21

tandis que les polymères non ioniques possèdent une efficacité indépendante du pH

[35].

Enfin on peut déduire que l’épuration par coagulation floculation suivie d'une

décantation lente permet d'éliminer jusqu'à 90% des MES 70% du phosphore total et

40 à 65% de la DBO5 des eaux résiduaires [36].

Par précision le but de l'épuration physicochimique des effluents liquides d'une

raffinerie de pétrole permet:

· D'abord d’éliminer les hydrocarbures insolubles jusqu'à des teneurs résiduelles

de 2 à 20 mg/l ;

· Ensuite assurer plusieurs opérations importantes, conjointes et nécessaires soit

pour un rejet direct, soit pour alimenter l'épuration biologique:

ü Neutralisation du pH;

ü Précipitation des métaux lourds toxiques;

ü Oxydation ou précipitation des sulfures en excès par un sel de fer;

ü Clarification des eaux [37].

Après l’étape de la coagulation floculation on passe soit à la décantation si les

flocs formés sont de grosses tailles soit à la flottation si les flocs formés sont de

petites tailles.

II.2.3 Décantation

La décantation est utilisée dans pratiquement toutes les usines d'épuration et de

traitement des eaux, c’est un procédé de séparation des matières en suspension et des

colloïdes rassemblés en floc dont la densité est supérieure à celle de l'eau ; elle

s’effectue selon un processus dynamique, en assurant la séparation des deux phases

solide-liquide de façon continue. Les particules décantées s'accumulent au fond du

bassin, d'où on les extrait périodiquement. L'eau récoltée en surface est dite clarifiée.

Elle est dirigée vers un autre stade d’épuration. La décantation à un rôle épuratoire

non négligeable c’est ce que représente le tableau-II-2-2 [38], [39]. Il apparaît

néanmoins vis-à-vis des MES, DCO et DBO5 [27], [40].Tableau II-2-2: Efficacité épuratoire de la décantation.

Paramètres MES DCO DBO5 NTK Hydrocarbures PbRéduction de lapollution (%)

80 à 90 60 à 90 75 à 90 40 à 70 35 à 90 65 à 80


22

II.2.3.1 Types de décantation

Le phénomène de sédimentation peut se manifester différemment selon la

concentration de la suspension, les caractéristiques propres des particules et les

interactions possibles entre elles. On distingue quatre types de décantation :

a. Décantation de particules discrètes

Elle est caractérisée par le fait que les particules conservent leurs propriétés

physiques initiales (forme, dimension et densité) au cours de leur chute.

b. Décantation de particules floculantes

Elle est caractérisée par l'agglomération des particules au cours de leur chute.

Leurs propriétés physiques sont donc modifiées pendant le processus.

c. Décantation freinée

Ce processus de sédimentation se produit pour des concentrations en matières

solides floculées supérieures à 500 mg/1 par suite d’interférence mutuelle entre les

particules et la vitesse ascensionnelle du fluide déplacé au cours de la décantation. Ce

qui entraîne la formation d'une couche de particules et par conséquent, l'apparition

d'une démarcation nette entre les solides décantés et le liquide surnageant.

d. Décantation en compression de boues

Dans ce type de décantation, les particules entrent en contacte les unes avec

les autres et reposent sur les couches inférieures. Dans cette zone, le phénomène de

consolidation est relativement lent. On retrouve ce type de décantation dans les

épaississeurs de boues gravité [27], [38], [40-42].

II.2.4 Flottation

Une technique qui peut remplacer la sédimentation est la flottation. C’est un

procédé de séparation liquide-solide basé sur la formation d’un ensemble appelé

attelage, formé des particules à éliminer, plus léger que l’eau. Cette technique

convient principalement pour éliminer les particules de diamètre compris entre 1 et

400 μm. Les solides sont transportés à la surface, fixés à des bulles, et sont ensuite

écumés. Cette méthode permet d’éliminer des particules plus petites qu'avec la

sédimentation. Elle convient davantage aux eaux présentant une haute teneur en

algues, une faible turbidité naturelle ou une forte coloration.


23

La flottation n'est pas aussi efficace que la sédimentation pour éliminer les

particules et réduire la turbidité. Ce procédé est sensible à la température et affiche un

piètre (négligeable) rendement par temps très froid [40], [43], [44].

II.2.4.1 Types des procédés de flottation

On distingue quelques types de flottation, parmi les quels on cite :

a. Flottation naturelle : lorsque la masse volumique des particules à éliminer est

inférieure à celle de l'eau.

b. Flottation mécanique : consiste en une dispersion mécanique de bulles d'air de 0,1

à 1 mm de diamètre. Il est surtout utilisé pour la séparation et la concentration par

moussage des minerais.

c. Flottation par insufflation d'air : c’est une flottation naturelle améliorée par

l'insufflation au sein de la masse liquide de bulles d'air de quelques diamètres, on

utilise pour cela des pompes poreuses.d. Flottation par air dissous ou aéro flottation : on produit des microbulles au sein

du liquide de 40 à 70 microns de diamètre, à détendre ensuite brutalement cette eau,

par retour à la pression atmosphérique pour provoquer l’apparition spontanée d’un

véritable “lait de micro bulles”, qui, mélangé aux matières en suspension

préalablement coagulées ou floculées provoquera leur flottation.

e. Electroflottation : c’est une technique de séparation analogue à l’aéro flottation,

mais à la différence que les micros bulle sont produites par électrolyse de l’eau à

traiter au moyen d’électrodes appropriées. Ce procédé présente l’intérêt d’assurer

l’homogénéité du flux tant du point de vue de la dimension (100 microns) des bulles

que de leur répartition spatiale [40], [43], [44].

II.3 Traitements biologiques

Les traitements biologiques reproduisent, artificiellement ou non, les

phénomènes d'autoépuration existant dans la nature. Elle regroupe l'ensemble des

processus par lesquels un milieu aquatique parvient à retrouver sa qualité d'origine

après une pollution.

Son principe est de provoquer une prolifération de micro-organismes aux

dépens des matières organiques apportées par l'effluent, en présence ou non

d'oxygène. Il s'agit en fait d'un véritable transfert d'une forme non préhensible

(matières colloïdales et dissoutes) en un élément manipulable (suspension de micro-


24

organismes). Le résultat de cette dégradation est un accroissement de la masse

épuratrice, et le rejet de déchets dans l'eau.

Mat. Organique + micro-organisme + O2 + N + P -> micro- organisme + CO2 +

H2O + résidu soluble non biodégradable

Selon que l'oxydation se produit grâce au gaz oxygène dissous dans l'eau

(processus aérobie) ou qu'au contraire le processus se fasse sans oxygène (processus

anaérobie), la nature des déchets sera différente : CO2, H2O, NH3 ou NO3 en aérobie,

CO2, CH4 et acides gras en anaérobie.

Le moteur de décomposition (aérobie ou anaérobie) des substances organiques

est constitué par des enzymes catalyseurs organiques sécrétés par les organismes. On

distingue les enzymes extracellulaires qui provoquent la destruction des structures

moléculaires trop complexes pour pénétrer au sein de la cellule, les enzymes

intracellulaires qui assurent l'assimilation et, par conséquent, sont à l'origine des

phénomènes vitaux provoquant la prolifération des cellules. Les traitements

biologiques sont bien adaptés pour éliminer la pollution carbonée, mais également les

pollutions azotées et phosphorées [45-49].

En traitement biologique on distingue des procédés extensifs et d’autres

intensifs

II.3.1 Les procédés biologiques extensifs

Une lagune aérée utilise le même principe que le lagunage simple dans lequel,

l’apport d’oxygène est augmenté par la mise en place d’aérateurs mécaniques. Une

lagune aérée est assimilée à un vaste bassin aérobie. Il existe deux types de lagunes

aérées :

Les lagunes aérobies dans laquelle on maintient une concentration en oxygène

dissous dans tout le bassin.

Les lagunes facultatives dans laquelle l’oxygène n’est maintenu que dans la

partie supérieure du bassin. Une zone anaérobie est donc présente au fond du

bassin.

Ce mode d'épuration permet d'éliminer 80 % à 90 % de la DBO, 20 % à 30 % de

l'azote et contribue à une réduction très importante des germes. Il a cependant

l'inconvénient d'utiliser des surfaces importantes et de ne pas offrir des rendements

constants durant l’année [27], [32], [47], [49-51].


25

II.3.2 Les procédés biologiques intensifs

Les techniques les plus développées au niveau des stations d'épuration

urbaines sont des procédés biologiques intensifs.

Le principe de ces procédés est de localiser sur des surfaces réduites et

d'intensifier les phénomènes de transformation et de destruction des matières

organiques que l'on peut observer dans le milieu naturel. Deux types d’installation

sont utilisés :

Les installations à "cultures fixées", d’où on distingue différents types de

supports pour les cultures bactériennes : les disques biologiques et lits

bactériens.

a. Disques biologiques

C’est une technique faisant appel aux cultures fixées est constituée par les

disques biologiques tournants où se développent les micro-organismes et forment un

film biologique épurateur à la surface des disques. Les disques étant semi immergés,

leur rotation permet l'oxygénation de la biomasse fixée.

b. Lits bactériens

Le principe de fonctionnement d'un lit bactérien consiste à faire ruisseler les

eaux usées, préalablement décantées sur une masse de matériaux poreux ou caverneux

qui sert de support aux micro-organismes (bactéries) épurateurs.

Une aération est pratiquée soit par tirage naturel soit par ventilation forcée. Il s'agit

d'apporter l'oxygène nécessaire au maintien des bactéries aérobies en bon état de

fonctionnement. Les matières polluantes contenues dans l'eau et l'oxygène de l'air

diffusent, à contre courant, à travers le film biologique jusqu'aux micro-organismes

assimilateurs. Le film biologique comporte des bactéries aérobies à la surface et des

bactéries anaérobies près du fond. Les sous-produits et le gaz carbonique produits par

l'épuration s'évacuent dans les fluides liquides et gazeux. Le rendement maximum de

cette technique est de 80 % d'élimination de la DBO5 [47], [52-57].

Les installations à "cultures libres", ou par boues activées.

Les procédés par boues activées comportent essentiellement une phase de mise en

contact de l'eau à épurer avec un floc bactérien en présence d'oxygène (aération) suivie

par une phase de séparation de ce floc (clarification). Ils sont en fait une intensification de

ce qui se passe dans le milieu naturel.


26

La différence provient d'une plus grande concentration en micro-organismes et par

conséquent, d’une demande volumique en oxygène plus importante. De plus, pour

maintenir en suspension la masse bactérienne, une agitation artificielle est nécessaire.

La boue activée apparaît ainsi comme une suspension de particules floconneuses de

quelque 1/10 de mm à quelques mm de diamètre, ou floc, constitué de bactéries, de

matières organiques inertes ou minérales, maintenues par une substance mucilagineuse

produit de l'activité bactérienne. Une boue activée normale contient également une

microflore, une microfaune abondante de Protozoaires et petits Métazoaires.

Les populations microbiennes des boues activées sont complexes et ne peuvent se

définir qu'au moyen des principaux groupes suivants : bactéries, champignons,

protozoaires et métazoaires.

L'essentiel de l'épuration est dû à la microflore peut constituer 1011 à 1012 bactéries par

gramme de matières sèches.

La nature de la microfaune est sujette à divers facteurs tels que la composition

chimique de l’effluent, la proportion d’azote présente, la charge massique et le temps de

séjours.

Alors l'examen de la microfaune, prédatrice est très révélateur de l'état d'une boue

activée et il constitue pour un biologiste le plus sûr moyen de diagnostiquer le

fonctionnement d'un bassin de boues activées et de connaître les éventuelles solutions à

apporter en cas de mauvais fonctionnement [48], [49], [54-58]. Le tableau II-3-1 présent

différent système d’épuration biologique par boues activées.Tableau II-3-1: Les différents systèmes d'épuration biologique.

Cm(Kg deDBO5/ KgMVS)

MVS(Kg/m3)

Cv(KgDBO5/m3/j).

Boues(Kg MES/Kg DBO5)

Rendementépuratoire

Oxygèneconsommé(Kg O2/ KgDBO5)

Le tempsde séjour

Aérationprolongée

≤ 0,1 4 – 6 ≤ 0,35 0,1 – 0,3 95 1,5 – 2 20 – 30

Faiblecharge

0,1 – 0,2 3 – 4 0,35 –0.5

0,5 80 – 90 - 10 – 20

Moyennecharge

0,2 – 0,5 3 – 4 0,5 – 2 0,5 80 – 90 0,8 – 1,2 4 – 10

Fortecharge

≥ 1 2 – 3 ≥ 2 0,8 70 – 80 0,3 – 0,8


27

II.3.3 Evolution d’une culture bactérienne

Après ensemencement, une culture bactérienne se développe jusqu'à épuisement

du milieu nutritif si l'environnement est favorable. Si on suive l'évolution d'une

culture bactérienne en fonction du temps, on remarque la succession de plusieurs

phases se succèdent :

Phase de latence ou d’acclimatation des micro-organismes au milieu de culture

(phase d'adaptation) ;

Phase exponentielle de croissance : Cette phase est obtenue quand le taux de

reproduction cellulaire atteint son maximum et reste constant ;

Phase de ralentissement : Elle correspond à l'épuisement du milieu de culture

avec disparition de un ou plusieurs éléments nécessaires à la croissance

bactérienne ;

Phase stationnaire : La croissance s'arrête, même si les cellules conservent une

certaine activité métabolique ;

Phase de décroissance (ou encore phase de respiration endogène) : Pendant

cette période les micro-organismes ne sont plus alimentés, une partie d’entre

eux disparaît par auto-oxydation.

Ces différentes phases et les équations qui les régissent sont valables en milieu

aérobie ou anaérobie [27], [48].

II.3.4 Facteur limitant la biodégradabilité

a. Détergents : ils posent le problème d’une biodégradabilité imparfaite en diminuant

le taux de transfert de l’oxygène.

b. Métaux lourds et composés chimiques : De nombreux métaux et métalloïdes font

l’objet de cycles biologiques. Ces biotransformations peuvent conduire à l’apparition

de composés plus ou moins toxiques qui s’accumulent dans l’environnement.

Quant aux composés chimiques, ils sont plus ou moins rapidement biodégradables,

leur décomposition dépendant notamment du pouvoir d’adaptation des souches

bactériennes.

c. Pesticides : Les pesticides sont essentiellement à la source de la pollution des eaux

de ruissellement et d’infiltration. Ils sont difficilement biodégradables.


28

d. Les autres facteurs limitants (pH, température, salinité) : Le développement

bactérien est possible dans un intervalle de pH assez large : 5 à 9. Cependant, des pH

compris entre 6 et 8 optimisent le phénomène.

La température est un facteur clé de l’activité biologique. En fonction des

températures optimales, les bactéries sont dites :

Psychrophiles : organismes pouvant vivre jusqu’à des températures de 0°C,

Mésophiles : organismes dont la croissance est favorisée entre 25 et 40°C,

Thermophiles : organismes dont la croissance est favorisée à des températures

égales ou supérieures à 50°C.

La concentration en sels dissous peut être un élément limitant de la croissance

bactérienne et donc de la biodégradabilité d’un effluent [59].

II.3.5 Problèmes de décantation des boues

L’indice de Mohlman est le rapport entre le volume de boues décantées en 1/2

heure, et la masse de matières en suspension contenue dans ce volume : IM = V / M.

Il caractérisait une boue par son aptitude à la décantation. Lorsque celui-ci était élevé,

il indiquait une mauvaise décantation de la boue.

a. Floc dispersé : La boue activée ne se sépare pas de l'effluent traité. On observe un

mélange trouble qui ne se clarifie quelques fois qu'après plusieurs heures de repos. La

DBO5 de l'effluent traité est alors très élevée. Ce cas peut être observé pendant la

période de construction de la flore microbienne. Il peut conduire à une défloculation

des boues.

b. Boues flottantes : Ce phénomène s'observe aussi bien en éprouvette que dans les

installations. On observe des remontées de boues en bloc ou par fractions. Diverse

causes peuvent impliquer ce phénomène. La plus courante est celle relative à un

dégagement de gaz par dénitrification ou par fermentation anaérobie [45], [46], [49]

[60], [61].


29

II.4 Traitement d'affinage

II.4.1 Filtration sur sable

II.4.1.1 Définition

La filtration est un procédé destiné à clarifier un liquide qui contient des MES

en le faisant passer à travers un milieu poreux constitué d’un matériau granulaire. La

plus ou moins grande facilité de fixation dépend étroitement des conditions

d’exploitation des filtres et du type de matériau utilisé. L’espace inter granulaire

définit la capacité de rétention du filtre. Au fur et à mesure du passage de l’eau, cet

espace se réduit, le filtre se colmate. Les pertes de charge augmentent fortement. Il

faut alors déclencher le rétro lavage.

La filtration, habituellement précédée des traitements de coagulation, de

floculation et de décantation, permet une élimination correcte des bactéries, de la

couleur, de la turbidité et indirectement de certains goûts et odeurs [27], [62].

II.4.1.2 Caractéristiques des matériaux filtrants

Les matériaux utilisés sont des granulés libres non adhérents les uns aux

autres, insolubles, inattaquables par le liquide filtré ni par les solides retenus,

chimiquement inerte vis-à-vis des eaux agressives et apte à subir, sans s’effriter, le

frottement intense que provoque les lavages. Dans les cas des premiers étages de

filtration, le choix se porte sur le sable quartz rond, la pierre pence ou l’hydro

anthracite pour les filtres bicouches. La pouzzolane est réservée à la déferrisation sous

pression. Le charbon actif en grains est utilisé en deuxième étage afin d’améliorer les

qualités organoleptiques ou d’éliminer les micropolluants.

La filtration a lieu soit en surface, soit en profondeur, selon les caractéristiques

granulométriques du matériau filtrant et selon la grosseur et la cohésion des solides en

suspension. Les principales caractéristiques d’un matériau filtrant sont :

· Diamètre effectif : correspond à la grosseur des mailles du tamis qui laisse

passer 10% de la masse de l’échantillon ;

· Coefficient d’uniformité : est le rapport entre le diamètre qui laisse passer

60% des particules et celui qui en laisse passer 10% ;

· Densité relative du sable : on peut calculer expérimentalement la densité

relative du sable, en divisant sa masse par celle de l’eau qu’il déplace ;


30

· Masse unitaire sèche : est la masse de matériau filtrant par unité de volume,

masse qui varie du degré du compactage du matériau ;

· Porosité : on la calcule en divisant le volume des vides dans ce matériau par le

volume total du matériau.

Il existe d’autres caractéristiques, beaucoup plus difficiles à mesurer, comme la

forme des grains et la surface spécifique [27], [62], [63].

II.4.1.3 Constitution d’un filtre

Tout filtre est composé de trois parties. On retrouve le fond, le gravier support

et le matériau filtrant. Le premier élément doit être solide pour supporter le poids de

l’eau, du sable et du gravier. Il doit permettre la collecte et l’évacuation de l’eau

filtrée, le plus souvent par des buselures incorporées, et la réparation uniforme de

l’eau de lavage. Le gravier a pour rôle de retenir le sable et d’améliorer la distribution

de l’eau de lavage dans le filtre [27].

II.4.1.4 Mécanismes de filtration

L’arrêt des particules que transporte l’eau à filtrer peut s’effectuer de diverses

façons selon la taille de ces saletés, de leur fragilité, de leur potentiel zêta et de leur

nature chimique. La filtration se déroule dans le volume des vides du matériau. Trois

mécanismes sont possibles :

· La capture caractérisée par l’interception de la particule par frottement grâce à

son inertie et sa décantation ;

· La fixation due aux forces d’adsorption de type VAN DER WALLS et

facilitée par une faible vitesse de l’eau ;

· Le détachement sous l’influence de la vitesse de l’eau lors du lavage.

Les plus grosses particules subissent un arrêt purement mécanique dans

l’espace inter granulaire qui diminue avec l’accumulation des MES et le passage de

l’eau se réduit : c’est le colmatage. Ce phénomène provoque une perte de charge.

D’autre part, le lit filtrant retient des particules beaucoup plus fines que les capillaires

eux-mêmes par des mécanismes d’adsorption et par emprisonnement dans des pores

devenus stagnante [27], [62], [63].


31

II.4.1.5 Type de filtres sur sable

a. Filtre à sable rapide

La vitesse est de 4 à 25 m/h, c’est le type de filtre le plus utilisé dans le

traitement des eaux. Le matériau filtrant est maintenu par gravité et l’écoulement de

l’eau à lieu de haut en bas. Les principaux éléments d’un filtre rapide sont le fond du

filtre, le gravier de support et le milieu filtrant. Les matériaux les plus utilisés sont le

sable et l’anthracite. Il en existe deux catégories :

Les filtres ouverts ou filtres rapides gravitaires où la couche d’eau à filtrer est

de 0,5 m ;

Les filtres sous pression, ils fonctionnent selon les mêmes principes que les

filtres à sable rapides, sauf que leurs couches de sable et de gravier, ainsi que

leur réseau de drainage, sont situés dans des cylindres horizontaux ou

verticaux.

b. Filtre à sable lent

Il possède une vitesse de 1 à 2 m/h, il doit être construit de telle sorte que l'eau

traverse lentement une couche de sable fin et que les particules les plus grosses soient

arrêtées près de la surface du sable. Ces particules forment une couche poreuse très

fine, dont la surface totale de veinules ou de pores est très grande, ce qui facilite

l'absorption des impuretés par cette couche ou par le sable sous jacent. Cette couche

poreuse est constituée de bactéries, d'algues et de protozoaires. La filtration lente

combine donc les effets de processus physique et de processus biologique.

II.4.1.6 Lavage des filtres à sable

Le lavage d'un filtre à sable peut être déclenché lorsqu’une consigne de perte

de charge maximale est atteinte, ou en cas de dégradation de la qualité de l'eau filtrée.

Les différentes phases habituelles d'un lavage sont:

· l ère phase : injection d'air à contre courant, dans le but de détasser le lit de

matériau ;

· 2ème phase : lavage, on injecte simultanément, de l'air et de l'eau. L'eau

entraîne les impuretés vers les goulottes de lavage alors que l'air assure le

brassage suffisant pour décoller ces impuretés ;


32

· 3ème phase : rinçage, on lave le filtre en injectant un courant d'eau

circulant dans le sens contraire de la filtration destinée à détacher les

impuretés [49] [62], [61], [64].

II.4.2 Adsorption sur charbon actif

Le charbon actif fait partie d’une gamme de substance présentant une très

grande porosité et une surface spécifique importante de l’ordre de 500 à 1500 m2 par

gramme de charbon. Ces qualités confèrent au charbon actif un grand pouvoir

d’adsorption. Ce processus physico chimique est utilisé dans les filières d’eau pour

fixer les substances difficile à éliminer par un traitement classique et pour éliminer les

substances humiques (responsable de la couleur), les goûts, les odeurs, les phénols, et

les crésols, ainsi que plusieurs substances toxiques non biodégradables [42]. Les

composés retenus sont les adsorbats et le charbon actif est l’adsorbant.

II.4.2.1 Texture du charbon actif

La texture du charbon actif est voisine à celle du graphite. Elle se représente

sous forme d’un empilement de couches planes d’atomes de carbone ordonnés en

hexagones réguliers. Cette structure définie des pores à l’intérieur de la particule de

charbon. Dans le tableau II-4-1 on trouve la classification des pores selon DUBININ.Tableau II-4-1: Classement et caractéristiques des pores.

Macro pore Méso pore Micropore

Rayon en nm 50 - 100 1,8 - 2 < 1,8

Volume en ml/g 0,2 - 0,8 0,02 – 0,1 0,15 - 0,5

Surface massique en m2/g 0,5 - 2 25 - 75 95 % surface totale

Les macropores n’ont aucun rôle dans le processus d’adsorption tandis que les

micropores représentent 95% de la surface totale du charbon, donc ils sont les lieux

d’adsorption [27].

II.4.2.2 Caractéristiques du charbon activé

Le charbon activé élimine les impuretés de l’eau en les fixant et en les faisant

s’accumuler à sa surface. C’est pourquoi une grande surface par unité de volume et

forme poreuse constituent des caractéristiques essentielles d’un bon adsorbant. La

qualité d’un effluent traité par adsorption dépend de la qualité des eaux à traiter et des


33

caractéristiques du charbon activé utilisé. Les principales caractéristiques du charbon

activé sont représentées dans le tableau II-4-2 [62].

Tableau II-4-2: Caractéristiques du charbon activé.

Caractéristique Description

Diamètre effectif Poudre : 8-9µm, granules 0,55-1,105 mm. Augmentation du

taux d’adsorption et des pertes de charge lorsque la grosseur

des grains diminue.

Surface

d’adsorption

De 850 à 1500 m2/g. plus cette surface est grande plus le

charbon activé est efficace.

Nombre d’iode De 700 à 1100 mg/g. associé à la capacité du charbon activé

d’adsorber les impuretés de faible masse moléculaire.

Nombre de mélasse Associé à la capacité du charbon activé d’adsorber les

impuretés de masse moléculaire élevée.

Densité brute Evaluation du volume de charbon activé utilisé.

II.4.2.3 Cinétique et processus d'adsorption

Il s’agit d’un transfert d’une phase liquide contenant l’adsorbat vers une phase

solide avec rétention des solutés à la surface du charbon actif dénommé adsorbant. La

figure II-4-1 présente les quartes étapes du processus d’adsorption

Figure II-4-1: Transfert du soluté lors de son adsorption sur charbon activé.

Etape 1 : Très rapide : Transfert de la particule de la couche externe d’hydratation

vers l’interne :

Etape 2 : Rapide : déplacement de l'eau liée jusqu'au contact de l'adsorbant ;

Etape 3 : Lente : Diffusion à l'intérieur de l'adsorbant sous l'influence du gradient de

concentration ;


34

Etape 4 : Très rapide : Adsorption dans un micropore.

Selon la force de l'interaction, tous les processus d'adsorption peuvent être classés en

physisorption ou chimisorption.

II.4.2.4 L'adsorption chimiqueDans certains cas, l'interaction entre les atomes du solide et les molécules de

gaz (liquide) conduit à la formation de liaisons chimiques (covalente ou ionique). Il

s'agit alors de chimisorption. C'est un phénomène irréversible.

La chimisorption est nécessairement restreinte, au plus, à une monocouche

d'adsorbât liée à la surface. Un autre facteur important en chimisorption est que les

molécules adsorbées ont une localisation précise sur la surface. À cause de la

formation d'un lien chimique entre la molécule d'adsorbât et un site spécifique sur la

surface, l'adsorbât n'est plus libre de migrer sur la surface. Ceci permet de déterminer

le nombre de sites actifs sur la surface de l'adsorbant.

II.4.2.5 L'adsorption physique

L'autre catégorie, la physisorption, réversible, offre des caractéristiques tout à

fait intéressantes :

la physisorption s'accompagne de faibles chaleurs d'adsorption sans

changement violent ou structurel sur la surface.

Contrairement à la chimisorption, la physisorption peut conduire à une

couverture de la surface par plus d'une couche.

L'équilibre d'adsorption physique est rapidement atteint puisqu'il n'y a pas

d'énergie d'activation comme c'est le cas en chimisorption.

La physisorption est entièrement réversible ce qui permet d'étudier à la fois

l'adsorption et la désorption.

Les molécules ainsi adsorbées ne sont pas limitées à des sites particuliers et

sont libres de couvrir toute la surface.

Les forces de physisorption sont de trois types :

ü Les forces de dispersion (Van der Waals, London) toujours

présentes.

ü Les forces polaires résultant de la présence de champ électrique

dans les micropores.

ü Les liaisons hydrogènes dues aux groupements hydroxyle ou amine


35

II.4.2.6 Facteurs influençant l'adsorption

L'équilibre d'adsorption entre un adsorbant et un adsorbât dépend de nombreux

facteurs dont voici les principaux et qui sont :

Température : l'adsorption est un processus exothermique et par conséquent

son déroulement doit être favorisé par un abaissement de température.

Concentration : l'adsorption d'une substance croit avec l'augmentation de sa

concentration dans la solution. Toute fois, cet accroissement n'est pas

proportionnel car il se produit lentement.

Pour qu'il ait une bonne adsorption il faut qu'il ait une affinité entre le solide et

le soluté. En règle générale, les solides polaires adsorbent préférentiellement

d'autres corps polaires. Par contre les solides non polaires adsorbent

préférentiellement des substances non polaires.

Si les dimensions des pores de l'adsorbant sont inférieures aux diamètres des

molécules de l'adsorbât, l'adsorption de ce composé ne se fait pas même si la

surface de l'adsorbant a une grande affinité pour ce composé.

Surface spécifique : Par définition, la surface spécifique d'un adsorbant est une

surface par unité de masse. Elle est généralement exprimée en nie/g. Son

estimation est conventionnellement fondée sur des mesures de la capacité

d'adsorption de l'adsorbant en question, correspondant à un adsorbât donné ; la

molécule adsorbée doit la capacité de la monocouche à partir de l'isotherme

d’adsorption.

II.4.2.7 Formes et régénération du charbon actif

Les charbons actifs sont commercialisés sous la forme de granulé de 0,5 à

4 mm ou sous la forme d’une poudre. Les granulés sont destinés à être utilisés en lis

fixes, tandis que la poudre sera utilisée en dispersion dans un liquide. Elle sera ensuite

récupérée par filtration.

La régénération du charbon actif (de même que les adsorbants artificiels) est

un produit coûteux. Il serait, la plupart du temps, prohibitif de remplacer le charbon

saturé qu'il faut donc pouvoir régénérer; à cet effet, trois méthodes ont été

développées:


36

a) Régénération à la vapeur: cette méthode est limitée à la régénération de

charbon n'ayant fixé que quelques produits très volatils ;

b) Régénération thermique: par pyrolyse et combustion des substances

organiques adsorbées. Le chauffage vers 800°C sous atmosphère contrôlée

évité d'enflammer le charbon ;

c) Régénération chimique: DEGREMONT a développé un procédé basé sur

l'action d'un solvant utilisé à une température voisine de 100°C, et à pH

élevé.

II.4.2.8 Lavage des filtres

Lorsque la perte de charge, la turbidité, ou les deux, atteignent leurs valeurs

maximales, on lave les filtres en injectant l'eau à contre courant, c'est-à-dire si lors du

traitement à filtres l'eau passe de bas en haut, donc le lavage s'effectue de haut en bas.

Le lavage peut se faire avec de l'eau seulement, ou par l'eau et à l'air en même temps.

[51], [64], [65-74].

Chapitre III: Réutilisation et

recyclage des eaux épurées

Chapitre III Réutilisation et recyclage des eaux épurées

37

III Réutilisation et recyclage des eaux épurées

Le défi croissant que pose la gestion de l’eau est d’arriver à établir un équilibre

entre la demande, l’utilisation de l’eau et le maintien de la qualité, que ce soit à

l’échelle locale, régionale ou nationale. Cela est particulièrement difficile dans les

régions arides et semi-arides des pays en voie de développement où l’eau est rare et où

la population croît rapidement. Par conséquent, il y a des régions où les ressources en

eau sont limitées, en particulier pendant les périodes de sécheresse et de demande

élevée, et des régions où la consommation d’eau à des fins agricoles est très élevée

(dans certaines régions, il s’agit de 70 % de la consommation totale). D’où l’intérêt que

peut présenter la réutilisation de l’eau à l’échelle locale ou régionale.

La réutilisation de l’eau est plus pratiquée dans les régions du monde où cette

ressource est limitée, au Moyen-Orient par exemple, en Australie et dans le sud-ouest

des États-Unis, ou dans les régions où s’appliquent des restrictions sévères concernant

l’évacuation des eaux usées traitées, notamment en Floride, dans les régions côtières et

insulaire de la France et de l’Italie et dans les pays très densément peuplés de l’Europe

comme l’Angleterre et l’Allemagne. Dans les pays où il existe des disparités dans la

répartition régionale des ressources en eau, le recyclage et la réutilisation de l’eau sont

également très répandus. Bien que les précipitations annuelles atteignent en moyenne

1714 mm et que les barrages et réservoirs soient nombreux au Japon, des régions de ce

pays connaissent des sécheresses fréquentes; c’est pourquoi la réutilisation des eaux

usées urbaines est devenue une pratique courante dans de nombreuses régions du Japon.

Le degré auquel la réutilisation de l’eau est pratiquée dépend de la disponibilité

de l’eau, des facteurs incitatifs sur le plan économique, de la faisabilité sur le plan de la

réglementation et de l’acceptation du public. Parmi ces facteurs, la disponibilité de

l’eau est probablement la plus importante; là où cette ressource est rare, la réutilisation

de l’eau est une pratique généralement acceptée du public, réalisable sur le plan

économique et appuyée par un cadre réglementaire [75-77].


38

III.1 Définition

Ces dernières années, la terminologie employée dans le domaine de la

réutilisation de l’eau s’est quelque peu normalisée et les termes courants qui suivent ont

été extrapolés d’après :

La récupération des eaux usées concerne le traitement de l’eau pour obtenir

une qualité prédéterminée qui facilite sa réutilisation. Dans ce contexte,

l’expression eaux usées est employée au sens large et englobe les eaux usées

municipales (résidences, commerces, établissements et usines) et les apports

permis d’eau pluviale ou d’eau de ruissellement.

La réutilisation de l’eau consiste en l’utilisation d’eau traitée à des fins utiles,

notamment l’irrigation agricole et le refroidissement dans le secteur industriel.

L’eau récupérée est un effluent traité pour obtenir une qualité conforme à un

usage précis. La réutilisation directe fait référence à un système de réutilisation

dans lequel l’eau récupérée est transportée jusqu’aux points où elle est

réutilisée. La réutilisation indirecte concerne l’évacuation dans des eaux

réceptrices (eaux de surface ou nappe souterraine) d’un effluent qui est ensuite

assimilé puis prélevé en aval, ce qui ne correspond pas à une réutilisation

directe planifiée de l’eau.

Le recyclage de l’eau, comme le montre le schéma ci-dessous fait référence à

des systèmes industriels dans lesquels l’effluent récupéré est habituellement

traité puis réacheminé dans le processus industriel [78-80].


39

Figure III-1-1: Schéma décrivant le processus de réutilisation de l’eau dans le cadre du cycle

(simplifié) de l’eau en milieu urbain.

III.2 Catégories de réutilisation de l’eau

Les pratiques de réutilisation peuvent être classées en quatre catégories dans un

ordre décroissant, en commençant par celles qui nécessitent le plus haut degré de

traitement.

III.2.1 Réutilisation à titre d’eau potable

La réutilisation directe à titre d’eau potable, soit l’acheminement direct d’une

eau récupérée à un système d’approvisionnement en eau potable.

La réutilisation indirecte à titre d’eau potable fait référence à l’augmentation des

sources d’approvisionnement en eau potable à partir d’eaux récupérées hautement

traitées.

III.2.2 Utilisations urbaines et récréatives non restreintes et irrigation des cultures

vivrières

Cette catégorie de réutilisation exige une qualité d’eau assez élevée et représente

actuellement le plus haut degré de réutilisation pratiquée de façon courante. Entre

autres exemples typiques d’utilisation non restreinte en milieu urbain à des fins

agricoles ou récréatives, mentionnons :

Sourced'eau

Traitementde l'eau

Eau potable

Utilisation àtitre d'eau

potable

Utilisation à desfins autres que la

consommation

Eaux usées

Traitement deseaux usées

Réutilisationde l'eau

Evacuationdes effluents


40

Ø Utilisation en milieu urbain : irrigation des parcs, terrains de jeu et cours de

récréation; protection contre les incendies; fontaines et bassins ornementaux;

chasse d’eau de toilette et climatisation des édifices.

Ø Utilisation non restreinte à des fins récréatives : applications où il n’y a aucune

restriction de contact avec le corps, notamment l’alimentation des lacs et des

étendues d’eau où l’on peut nager; fabrication de neige.

Ø Irrigation agricole des cultures vivrières destinées à la consommation humaine

sans cuisson.

Les procédés de traitement usuels nécessaires comportent un traitement secondaire

minimal suivi d’une filtration et d’une désinfection; des limites strictes sont fixées en ce

qui concerne la demande biochimique en oxygène (DBO) des effluents, leur turbidité,

le total des coliformes et les coliformes fécaux, les résidus de désinfectant et le pH.

III.2.3 Utilisations urbaines et récréatives restreintes, irrigation de cultures non

vivrières ou de cultures transformées avant consommation

Ces applications sont des exemples relativement fréquents de réutilisation de

l’eau dans des lieux d’accès restreint ou d’activités restreintes. Ces restrictions

supposent l’exposition limitée d’une population à l’eau récupérée ou encore

l’exposition limitée des populations urbaines à des activités restreintes. Des exemples

typiques de cette catégorie suivent :

Irrigation d’aménagements : terrains de golf, cimetières, bordures de verdure et

terre-pleins des autoroutes.

Utilisations récréatives restreintes : pêche récréative, canotage et autres activités

récréatives sans contact.

Irrigation agricole : fourrages, fibres, cultures grainières, pâturages, pépinières,

gazonniers et aquaculture commerciale.

Les exigences relatives à la qualité de l’eau sont les mêmes pour toutes les

utilisations de cette catégorie. Le traitement de récupération habituel comporte un

traitement secondaire suivi d’une désinfection; les exigences relatives à la demande


41

biochimique en oxygène (DBO), à la turbidité (solides en suspension) sont plus souples

pour cette catégorie que pour la catégorie de réutilisations urbaines non restreintes.

III.2.4 Réutilisation et recyclage industriels

Le secteur industriel est celui qui utilise le plus d’eau. La réutilisation des eaux

usées des municipalités pour répondre aux besoins du secteur industriel a commencé

dès les années 1940. L’utilisation des eaux usées récupérées aux fins des secteurs de la

construction et de l’industrie, notamment le lavage des agrégats, la fabrication du béton,

le nettoyage de l’équipement, l’alimentation des tours de refroidissement (à l’exclusion

du refroidissement par évaporation), le nettoyage des cheminées, l’alimentation des

chaudières et l’eau de fabrication (à l’exclusion de la transformation des aliments).

Cependant, les exigences relatives à la qualité de l’eau tendent à être propres à

l’industrie, puisque les changements de la composition chimique de l’eau peuvent

modifier les procédés utilisés. Les préoccupations que pose la qualité de l’eau dans la

réutilisation et le recyclage industriels touchent habituellement l’entartrage, la

corrosion, la formation de bactéries, l’encrassement, la formation de mousse et les

effets sur la santé des travailleurs que peut entraîner l’inhalation d’aérosols contenant

des composés organiques volatils ou des agents pathogènes microbiologiques [78], [80-

83].

III.3 Règlements sur la réutilisation de l’eau, critères de qualité et directives

Les régions où la réutilisation des eaux usées est une pratique courante, doivent

disposer de normes et de critères bien définis régissant de telles applications; il y a

beaucoup à apprendre de leur expérience. En ce qui concerne les règlements, les

critères de qualité et les directives sur la réutilisation de l’eau, nous devons connaitre :

Directives nationales sur la réutilisation de l’eau : des directives nationales qui

lieraient les usages proposés aux exigences relatives à la qualité de l’eau ;

Normes nationales : il faudrait établir des critères régissant la qualité de la

réutilisation des eaux usées ;

Nouveaux contaminants préoccupants : les questions de santé humaine liées à la

salubrité des eaux récupérées contenant des perturbateurs endocriniens, des


42

produits chimiques pharmaceutiques ou thérapeutiques et des produits

chimiques organiques d’usage industriel commencent à se poser. Les

répercussions que peuvent avoir ces produits chimiques, présents en très faibles

quantités, ne sont pas bien comprises quant aux effets à long terme sur la santé

Contrôle environnemental et conséquences de la récupération de l’eau :

l’utilisation de l’eau récupérée pour la préservation des terres humides, dont on

prévoit qu’elle s’accroîtra, l’augmentation des écoulements fluviaux et

l’alimentation des nappes souterraines démontre la nécessité de faire davantage

de recherche dans ce domaine [82-88].

A titre d’exemples, les valeurs guides sont présentées dans les tableaux III-3-1etIII-3-2Tableau III-3-1 : Utilisations permises et normes à suivre concernant l’eau récupérée (selon le

ministère de l’Environnement, des Terres et des Parcs de la Colombie-Britannique, 1999)Utilisations permises Exigences

relatives autraitement

Exigences relativesà la qualité de l’effluent

Exigences relativesà la fréquence du contrôle

*L’accès public nonrestreint – utilisationsagricoles, récréatives eturbaines*L’accès publicrestreint–utilisationsagricoles, urbaines,récréatives ou à desfins de construction,utilisationsindustrielleset environnementales

*Secondaire, avecajout de produitchimique,filtration,désinfection etstockage d’urgence*Secondaire, avecdésinfection

- DBO5 ≤ 10 mg/L- Turbidité ≤ 2 UTN- coliformes fécaux ≤2,2/100 mL- pH = 6 à 9- plus d’autres facteursgénéraux- DBO5 ≤ 45 mg/L- total des solides ensuspensions ≤ 45 mg/L- Coliformes fécaux≤ 200/100 mL- pH = 6 à 9- plus d’autres facteursgénéraux

HebdomadaireEn continueQuotidien

HebdomadaireQuotidien

Hebdomadaire

Hebdomadaire


43

Tableau III-3-2: Normes de qualité relatives aux effluents traités servant à l’irrigation au moyend’eaux usées ministère de l’Environnement de l’Alberta, 2000)

Utilisations permises Exigences relatives

au traitement

Exigences relatives à

la qualité de l’effluent

Fréquence du contrôle des

exigences

Irrigationconventionnelle àl’aide d’eaux usées,utilisation restreinte ounon restreinte

(La meilleure formede traitementpossible, pourfournir un effluentde la qualité exigée(principalement,lors d’un traitementsecondaire avecdésinfection)

- DBOMC < 100 mg/L- DCO < 150 mg/L- CE < 1,0 dS/m pourutilisation limitée1,0-2,5 dS/m pourutilisation limitée> 2,5 inacceptable- RAS < 4 pour unusage non restreint4-9 pour un usagerestreint EC > 1,0 dS/m> 9 inacceptable- pH = 6,5 à 8,5- Total des coliformes<1000 /100 mL- Coliformes fécaux <200 /100 mL

SemestrielSemestrielSemestrielSemestriel

Semestriel

SemestrielMoyenne d’échantillonnagegéométrique hebdomadaireou quotidienne dans un moiscivil, selon s’il y a stockageou non

III.4 Technologies de traitement des eaux usées pour la récupération et la

réutilisation

Il existe déjà à l’heure actuelle une vaste gamme de technologies de traitement

pouvant servir à la récupération et à la réutilisation des eaux usées. Un grand nombre de

ces technologies, par exemple les biofiltres, les technologies membranaires et la

désinfection aux ultraviolets, ont été mises au point et appliquées. Ces technologies

tendent de plus en plus vers des installations décentralisées (satellites) de traitement à

petite échelle appliquée directement aux secteurs municipal, industriel et agricole. Pour

atteindre cet objectif, les besoins suivants doivent être identifiés:

Critères de rendement et protocoles de validation ;

Démonstration de la technologie;

Applications technologiques à petite échelle;

Partage de connaissances [89], [90].


44

III.5 Planification et mise en œuvre des programmes de récupération et de

réutilisation des eaux usées

Les projets de récupération et de réutilisation des eaux usées sont généralement

complexes et nécessitent des méthodes de planification à objectifs multiples et la

participation de tous les intervenants. Voila quelques conditions favorisant la

planification et la mise en oeuvre de projets de réutilisation des eaux usées :

Politiques favorisant le plein coût des ressources en eau : le coût peu élevé de

l’eau est un facteur dissuasif pour l’instauration de programmes de réutilisation

et de recyclage de l’eau; cela constitue également un obstacle au progrès et à

l’innovation technologique ;

Programmes nationaux de réutilisation de l’eau : de tels programmes sont

nécessaires pour déterminer les normes de conception, promouvoir la recherche

sur l’information technologique et sensibiliser le public aux risques pour la

santé et aux avantages de la réutilisation ;

Systèmes de gestion et d’analyse économique appliquée : pour mieux mesurer la

faisabilité financière, institutionnelle et technique des projets et évaluer les

répercussions sur l’environnement et la perception du public ;

Consultation publique : favoriser la consultation publique par la mise en oeuvre

de programmes de réutilisation, notamment à la lumière des nouvelles questions

liées à la santé que soulèvent les produits pharmaceutiques et les perturbateurs

endocriniens ;

Programme de sensibilisation : mettre en valeur les réalisations, informer et

sensibiliser le public de façon continue [80], [91-94].

Chapitre VI: Résultats et discussions

Chapitre IV Description de la STEP et du circuit de refroidissement

45

IV Description de la STEP et du circuit de refroidissement

IV.1 Station d’épuration

IV.1.1 Origine des eaux brutesLe système de collecte des vidanges de la raffinerie se base sur la séparation et

le traitement des eaux les plus polluées de celles qui sont les moins polluées. Les

systèmes suivants ont été prévus :

a. Systèmes des eaux accidentelles contaminées par hydrocarbures collectant

Ø Eau météorique de bacs des réservoirs.

Ø Eau météorique des aires d’allées des unités de procédés.

Ø Eau météorique des aires de chargements produits.

Ø Eau météorique de dallage salle des pompes.

Ø Drainage pour nettoyage réservoirs contenant hydrocarbures.

b. Système d’eaux normalement contaminées par l’huile (ou par produits

chimiques) collectant :

Ø Eaux de procédé.

Ø Prises d’échantillons.

Ø Drainage des appareillages dans les aires des unités.

Ø Drainage des laboratoires après neutralisation locale

c. Système d’eaux sanitaires collectant

Ø Drainage venant des fosses septiques.

Ø Drainage venant des cuisines, salles pompes, robinets, infirmerie, etc.

d. Système d’eaux contamines par des produits chimiques

Ø Lavage des réchauffeurs d’air des chaudières.

e. Système d’eaux de l’installation

Ø Drainage des filtres à précoat


46

IV.1.2 Caractéristiques des eaux dans l'industrie du pétrole (eaux de procédés)IV.1.2.1 Caractéristiques de l’eau brute

Les paramètres caractérisant la pollution potentielle dans l’eau résiduaire du

raffinage et de pétrochimie sont constitués d’une part par les paramètres généraux

communs avec les ERU (eaux résiduaires urbaines), et d’autre part par les paramètres à

l’industrie du pétrole(les hydrocarbures…etc).Tableau IV-1-1: Caractéristiques de l'eau de procédé

Valeur moyenneParamètre7,5 pH

≤1000 mg/lHydrocarbures en suspension30 °Ctempérature

240 mg /lDBO5

360 mg/lDCO

IV.1.2.2 Caractéristiques de l'eau traitée

D'après le journal officiel de la république algérienne (Avril 2006), les valeurs

limites maximales des paramètres de rejet des installations de déversement industrielles

sont:Tableau IV-1-2: Normes de rejet des eaux résiduaires traitées

Valeursmaximales

UnitésParamètres

30°CTempérature5,5 à 8,5pH

40Mg/lDCONulleMg/lHydrocarbures en

suspension20Mg/lHydrocarbures

dissout40Mg/lDBO5

Commode/OdeurClaire/Couleur

IV.1.3 Rôle de la STEP

L'installation à été projetée pour l’épuration des eaux résiduaires de la raffinerie

pour obtenir des eaux traitées, dont une partie peut être recyclée au circuit de

refroidissement, et le surplus sera rejeté dans la mer sans provoquer de pollution.


47

Le traitement permet aussi la récupération de l'huile séparée des eaux de

procédé. Le procédé utilisé pour l'épuration consiste en une série d'opération ayant les

buts suivants :

· Neutralisation du pH : grâce à la l’addition d'un acide ou d'une base.

· Elimination des polluants dissous : Les matières polluantes dissoutes

constituent essentiellement les substances organiques, NH4+ et S--.

Elles sont éliminées en les transformant en :

Ø Substances gazeuses qui abandonnent la phase liquide ;

Ø Solides suspendus séparables ;

Ø Substances dissoutes qui ne sont plus polluantes à la

concentration à laquelle elles sont présentes dans le courant

effluent.

Ces transformations sont obtenues au cours des traitements suivants :

Ø Floculation ;

Ø Traitement biologique ;

Ø Adsorption sur charbon actif ;

· Séparation des substances en suspension : les substances suspendues

consistent en :

Ø Substances déjà présentes dans leurs eaux à traiter à l’entrée de

l’équipement : solides grossiers, sable, autre substances

inorganiques, huiles, hydrocarbures et autres composants

organiques insolubles qui peuvent être présentes aussi bien

comme particules raisonnables que comme émulsions.

Ø Solides en suspension produits pendant le traitement :

(hydroxyde et sulfure de fer) produits pendant la floculation.

(Boues actives) produites au cours de processus biologique

La séparation des matières suspendues est obtenue grâce aux traitements suivants :

· Décantation ;

· Flottation ;

· Filtration sur sable.


48

IV.1.4 Description du procédé dans chaque bassin de la STEP

Les eaux polluées (déjà décrites) atteignent la zone d’équipement au moyen

de réseaux qui confluent dans la cuve. Le débit normal est 200 m3/h et qui peu remonter

jusqu'a 2602 m3/h. Deux stations de pompage sont installées dans le bassin B-1 :

· La première comprenant les pompes P1 A/B/C/D transfèrent le débit en excès

du débit nominal au réservoir des eaux accidentellement polluées S-8.

· La seconde comprenant les pompes P2 A/B/C soulèvent au traitement

préliminaire le débit nominal.

On a par conséquent les modes de fonctionnement suivant :

· Période de Temps Sec

Les pompes P2 A/B sont réglées manuellement pour le débit d’arrivée. La capacité

de B-1 permet l’égalisation des variations de débit à environ de la valeur moyenne

(82 m3/h).

· Période de Pluie

Ø Pendant la pluie : à l’arrivée au B-1 le débit d’eau dépasse largement le

débit des pompes P-2, le niveau monte, la vanne S D –1 se ferme et les

pompes P-1 A/B/C/D se mettent en route en séquence au fur et à mesure

de l’augmentation du niveau, il y aura transfert du débit en excès vers

S-8 ;

Ø En absence de pluie : en B-1 le niveau diminue les pompes P-1 A/B/C/D

s’arrêtent en séquence, la vanne SD-1 s’ouvre et transfère le contenu de

S-8 (l’eau décantée) à B-1. les temps de permanence (6h-7h) que l’on a

dans le S-8 permettront à la plupart des huiles présentes, de se séparer

par flottation spontanée.

Un dispositif flottant en permet l’extraction et le transfert par gravité au puisard B-3.

Ø Bassin de Déshuilage (API)

Le prétraitement des eaux huileuses est effectué dans les deux séparateurs B-2

A/B disposés en parallèle, où a lieu la flottation spontanée des particules d’huiles et la

sédimentation des matières en suspension. La séparation sera complète pour les

particules en suspension caractérisées par une vitesse verticale supérieure à 0,6 m/h.


49

Un chariot- pont (API) équipé d'une écumoire de surface, et un racleur de

fond qui transporte les boues de fond aux puisards placés dans les séparateurs dont

elles sont extraites automatiquement par les clapets pneumatiques S D-2 et S D-3 et

envoyées a la cuve B-7. Ce même chariot- pont transporte les écumes de surfaces aux

goulettes d’extraction d’où elles coulent par gravité au puisard B-3.

Ø Mixage rapide des Eaux (bassin de coagulation)

Les eaux huileuses des séparateurs B2 A/B confluent dans le bassin de mixage

rapide B-5A dans lequel est également introduit le coagulant le sulfate de fer (FeSO4).

L’agitation légère (500w / m3) permet d’obtenir un mélange parfait de ces courants qui

s’écoulent en suite jusqu’au bassin de contrôle du pH (B5-B).

Ø Contrôle pH

Le contrôle du pH, le maintient aux valeurs optimales pour la floculation au

moyen du dosage de HCl ou de Ca (OH) 2.

L’agitation est obtenue par insufflation d’air (15 m3/h /m² de cuve) également

dans le but d’oxyder le fer de l’état bivalent à l’état trivalent se qui implique la

précipitation total du fer comme Fe (OH) 3.

Ø Floculation

Elle a lieu dans le bassin B5-C ou, par union du polyélectrolyte et d'une

intense agitation mécanique (750w/m3) s’effectue la Coalescence des flacons qui sont

fermés dans la cuve B-5B et l’absorption sur les flacons même des huiles émulsionnées

et dissoutes.

Ø Flottation à air Dissous

Les courants floculés sont mélangés intimement à l’entrée du bassin à plan

circulaire B-6, par le relancement de l’air dissous sous forme de bulles ayant un

diamètre de 10 –30 u. on obtient ainsi la flottation des matières en suspension

contenues dans l’eau.

Un système d’écumoires de surface transporte ce qui est « flotte » à

l’entonnoir d’où il est transféré en continu par gravité au bassin B-7A. Un racleur de

fond transporte ce qui est sédimenté, et transfère par gravité à l’ouverture automatique

de la vanne (S D-4) au bassin B-7A (bassin des boues).


50

Ø Correction du pH et dosage des nourrissants

En principe le pH optimal de floculation coïncide avec celui qui est requis à

l’entrée de la phase biologique à boues actives comprises entre 7 - 7,5. Pour cela il y a

un bassin B-18 pour reporter le pH à des valeurs requises pour le traitement biologique

grâce au dosage de HCl ou Ca (OH) 2. De plus, il effectue un dosage de floculants

FeSO4 et polyélectrolyte afin d’améliorer le contact entre les particules en suspension.

ü Pour les nourrissants deux éléments inorganiques sont nécessaires au

procédé biologique, le dosage est par conséquent indépendant, le

phosphore est introduit comme phosphate de soude (sel tri sodique Na3

PO4) et l’azote comme sulfate d’ammonium ((NH) 2 SO4).

ü L’agitation pour le mélange des réactifs est obtenue par insufflation

d’air, d’où on a l’oxydation du fer et qui assure la saturation en oxygène

à l’entrée du traitement biologique.

Ø Traitement biologique, à boue active

Le courant provenant de la correction du pH, arrive à la cuve d’oxydation (B-

13 A/B) où les turbines d’aération superficielles (ME 1.3 A/B) livrent l’oxygène

nécessaire au procédé. Le volume des bassins d’aération est de 1176m3 et la

concentration prévue de boues est 3,5 Kg/m3. Les turbines ont une capacité

d’oxygénation totale de 50 kg/h, en cas d’arrêt d’une turbine une autre pourra accepter

tout le débit avec de bons résultats, uniquement dans le but d’économiser l’énergie. On

contrôle la BOD 5 pour que l’oxygène dissous ne soit pas supérieur à 2,5- 3mg/l.

Pour obtenir une concentration de boues égale à 3,5 Kg/m3 il est nécessaire de

recycler environ 100 m3/h du B 14 vers le B13. Les boues en excès, tirées par le

courant sont envoyées de manières continues au bassin (B - 7/B) qui correspond à une

concentration de 2 m3/h à extraire en continuité.

Les eaux sanitaires arrivent aussi au bassin biologique après avoir subi un

traitement de dégrillage et de dessablage.

Ø Filtration sur sable (affinage)

Dans les trois filtres à sable (V-3 A/B/C) aura lieu la séparation des solides en

suspension qui ne sont pas sédimentés dans le décanteur B-14 ainsi que celle des

particules d’huiles.


51

Les filtres sont dimensionnés de manière à permettre la gestion du débit

maximal sur deux groupes lorsque le troisième est en phase de contre lavage. Ce

dernier est effectué automatiquement ou manuellement au moins une fois par jours.

Comme il peut également être à la main.

L’air du contre lavage est fournie par une soufflerie, l’eau est triée du bassin

B-17 et alimentée par la pompe P-17. L’effluent est envoyé en B-1.

Ø Filtration sur charbon actif

L’eau provenant des filtres à sable subit la filtration sur charbon dans les

quatre groupes V-2 A/B/C/D.

Les contres lavage des filtres à charbon sont effectués manuellement.

L’intervalle maximale du contre lavage ne devra pas être supérieur à 72 heures (03

jours) a fin d’éviter un empaquetage du charbon actif. Au cours du contre lavage les

trois autres groupes restent en exercice.

L’air et l’eau de contre lavage proviennent des même machines prévues pour

les filtres à sable.

Le contre lavage a la fonction d’éliminer l’empaquetage du charbon et des

matières en suspension provenant des filtres à sable en cas de mauvais fonctionnement

de ces dernières.

Le renouvellement de la charge de charbon actif s’effectue par paires de

filtres (AB et CD). (5-10 ans).

Ø Traitement des Huiles

Les huiles réparées dans le réservoir d’accumulation S-8 et dans les huileuses

B2 A/B s’écoulent jusqu’au puisard B-3. La pompe (M P-3) les renvoie au traitement

des huiles c'est-à-dire vers U –600.

Ø Epaississement, déshydratation

Il aura lieu dans le bassin B-19. L’eau et les huiles séparées des boues

s’écoulent dans le réseau de l’équipement et retournent au bassin B-1.

Les boues épaissies sont soulevées par la pompe d’Archimède excentrique

(MP-19) (Pompe a visse) à la centrifugeuse déshydratante. Le débit de la pompe et

réglable manuellement entre 0,5 et 3 m3/h.


52

Les boues séparées sont transportées sur contenaire ou dans des véhicules

appropriées pour l’évacuation. L’eau et les huiles extraites des boues, recueillies par le

réseau de l’équipement retournent au bassin B-1.

L’ensemble de ces opérations sont représentées dans la Figure IV-1-1 :


53

Figure IV-1-1: Procédé de traitement des eaux de la raffinerie de SKIKDA (RA1K).

Bassin 1100- B1

700 m3/h

1100-S8

1100- B 17

Vers rejet

1100-B15Bassin d’alimentation des filtres

1100- B 13 A / B Traitement biologique bactéries aerobique

1100- B 14

10500 m3

Egalisation du PHet floculation

Flottation* H/C de surface vers slop* Eau vers traitement

H/C

EauDécantée 1

Bassin de l’eau traitée Rejet canal

Clarificateur

RacleurA BEau

clarifiée

F. charbon F. sable

A B CMP2

A B C DMP1

Eau acide polluée + Eau deprocédés

B 5

1100 - B2 A/B* H/C raclé vers slop* Eau du fondvers traitement

1100

Racleur

B 6

Eau contenant des bactéries raclée vers B 13

H/C vers slop

1100- BS8

Eau décantée 2

Racleurs


54

IV.2 Tour de refroidissement

IV.2.1 Généralités :

La nature des appareils à refroidir est extrêmement variée :

· Condenseurs et échangeurs thermiques

· Réfrigérants d’huile, d’air, de gaz, de fluide,

· Moteurs, compresseurs,

· Hauts fourneaux, fours, laminoirs,

· Réacteurs chimiques,

Le fluide de refroidissement est en général de l’eau froide dont la température s’élève

lors de son contact avec les parois chaudes des appareils. On distingue trois types

distincts de circuits :

a. Circuit ouvert (un seul passage) (figure IV-1-2) :

L’eau refroidie est prélevée de la rivière, de forage ou de réseau de distribution.

Elle traverse la source chaude (échangeurs, outils à refroidir…), puis est éjectée soit en

rivière soit à l’égout.

b. Circuit fermé (figure IV-1-2) :

L’eau de refroidissement tourne en circuit intégralement fermé, une source

froide par exemple, un deuxième échangeur eau-eau ou eau-air, étant intercalé sur la

boucle du circuit.

c. Circuit semi-ouvert (figure IV-1-2) : (À recirculation sur réfrigérant

atmosphérique)

Il y’a recirculation de l’eau, mais le refroidissement est assuré par évaporation et

convection au contact de l’air dans la tour de refroidissement à tirage naturel ou forcé.

Ce type de circuit est de plus en plus répandu.

Figure IV-2-1: Circuit ouvert (Fig1), circuit fermé (Fig2) et circuit semi-ouvert (Fig3).


55

IV.2.2 Rappel des principales caractéristiques d’un réfrigérant atmosphérique :Tout circuit se caractérise par un certain nombre de paramètres qu’il est

indispensable de connaître avant de choisir le procédé de traitement ou de

conditionnement qui doit être appliqué à l’eau. Ces paramètres sont les suivants :

Ø Volume du circuit : V (m3) C’est la quantité d’eau totale contenue dans le circuit

(bassins, tuyauteries, échangeurs…,)

Ø Débit de circulation : Q (m3/h) C’est le volume d’eau qui traverse le circuit.

Ø Ecart de température : Δt (°C) = t2 – t1 C’est la différence entre les températures

de l’eau à l’entrée et à la sortie de la tour de réfrigération

Ø Puissance du réfrigérant : W (Kcal/h) C’est la puissance calorifique du

réfrigérant atmosphérique

Ø Température maximale : (°C) Température du film d’eau « température de peau »

au contact de la paroi la plus chaude du circuit

Ø Débit d’évaporation : E (m3/h) C’est le débit d’eau (pure) évaporé à la tour pour

refroidir l’eau du circuit.

Ø Débit d’entraînement vésiculaire : EV (m3/h) C’est le débit d’eau entraîné dans

l’atmosphère sous forme de gouttelettes finement divisées. Cette eau, contrairement

à l’eau évaporée, possède la même composition chimique que l’eau du circuit et est

de ce fait prise en compte dans le calcul des purges.

Ø Débit de purge : P (m3/h) L’évaporation entraîne une augmentation de la

concentration des sels dissous dans l’eau en circulation. Pour éviter que cette

concentration devienne trop importante, risquant de provoquer des dépôts divers, on

doit extraire et rejeter à l’égout une partie de l’eau en circulation.

Ø Déconcentration totale : D (m3/h) : C’est la somme des débits dus à

l’entraînement vésiculaire, à la purge y compris les différentes pertes en eau qui

peuvent exister dans un circuit, (fuites parasites ou incontrôlées…).

Ø Débit d’appoint : A (m3/h) Il compense l’ensemble des pertes d’eau dans le circuit

à savoir évaporation plus déconcentration totale.

Ø Temps de résidence : T (h) Il correspond au temps au bout duquel la concentration

en produit injecté à l’instant initiale T0 aura diminué de moitié.

Ø Taux de concentration C: C’est le rapport entre des teneurs en sels dissous entre

l’eau du circuit et l’eau d’appoint. C = Salinité circuit / Salinité appoint


56

IV.2.3 Inconvénients rencontrés et origines :L’exploitation d’un circuit de refroidissement est confrontée à trois types de

problèmes qui sont :

IV.2.3.1 Les salissures et développements biologiques

Ils sont concernés ici les composés susceptibles de former des dépôts dans les

circuits de réfrigération, à l’exclusion du tartre proprement dit et des produits de

corrosion. Citons :

· Les matières en suspension ;

· Les matières colloïdales ;

· Les matières organiques ;

· Les algues ;

· Les bactéries ;

· Les fuites d’hydrocarbures.

IV.2.3.2 L’entartrage

L’entartrage concerne la précipitation cristalline sur les surfaces métalliques,

avec formation d’incrustations adhérentes et dures.

a. Cas de carbonate de calcium :

C’est le premier sel qui risque de précipiter dans l’eau selon la réaction :

Ca (HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O

La formation et la cristallisation de carbonate de calcium sont influencées

par l’élévation de température qui a une double action :

L’élimination du CO2 au niveau du réfrigérant due à la faible pression partielle

du CO2 dans l’air.

La concentration des sels dissous (en particulier l’incidence du Ca et du TAC).

La concentration des sels dissous.

b. Cas de la silice

La solubilité de la silice est très faible à bas pH et à température élevée. Les

tartres silicatés sont durs, fortement adhérents et isolants.

Dans les circuits de refroidissement fonctionnant à bas pH (6,5 / 7), on limite la

concentration en SiO2 totale à 150 ppm pour éviter la formation de tartre.


57

Quelle que soit son origine, le tartre conduit à la formation de dépôts qui affectent

l’échange thermique et le rendement de l’unité. De plus, des corrosions peuvent se

développer sous ces dépôts.

IV.2.3.3 La corrosion

La corrosion désigne une altération du métal par suite d’une réaction avec le

milieu environnant.

Ces trois problèmes interférent souvent entre eux, et ont une incidence directe

sur le rendement thermique d’échange, le fonctionnement des appareils à refroidir et la

durée de vie du circuit.

IV.2.4 Description schématique du système de refroidissement

L’unité est prévue pour refroidir et traiter chimiquement l’eau douce qui est

utilisé sur le circuit, pour le refroidissement des échangeurs thermiques et sur les

appareillages auxiliaires.

L’eau chaude provenant des installations est refroidie sur une tour de

refroidissement, où elle tombe du haut en contre-courant à l’air.

La circulation de l’air le long de la tour est forcée et est obtenue à l’aide de

ventilateurs placés sur la partie supérieure de la tour.

L’eau refroidie est recueillie sous la tour dans un bassin en béton armé et est

continuellement remise en circulation aux unités de processus à l’aide de pompes du

type centrifuge horizontal, à pression et température constantes.

Dans le circuit les pertes d’eau sont réintégrées continuellement avec de l’eau

traitée, provenant d’une installation pour l’adoucissement et la clarification de l’eau

brute de barrage.

Les données suivantes ont été prises comme base pour le projet :

Température de l’eau chaude à l’entrée de la tour……………..42°C.

Température de l’eau froide à la sortie de la tour……………..29°C.

Température du bulbe humide de l’air…………………………24°C.

Débit de l’eau réfrigérante………………………………14000 m3/h.

Pression de l’eau réfrigérante……………………………4.5 Kg / cm2

Débit de l’eau traitée de réintégration ………Norm 350-410 m3/h.

Max 450 m3/h.


58

IV.2.4.1 Tours de refroidissement 1020-E-1 et bassin 1020-B-1

L’eau chaude provenant des installations est acheminée vers la tour de

refroidissement 1020-E-1 par un collecteur principal qui alimente indépendamment les

cellules de la tour. Chacune des cellules peut être mise hors service par une soupape

d’interception. L’eau chaude à 42°C tombant à travers un remplissage en polyéthylène,

se sépare finement en gouttelettes, qui permettent une bonne évaporation d’une partie

restante jusqu'à 29°C.

Pour accroître l’échange de chaleur, on envoie de l’air en contre-courant à

l’aide des sept ventilateurs, placés sur la partie supérieure de chaque cellule.

L’eau refroidie est recueillie dans le bassin 1020-B-1 construit sous la tour. La

capacité de ce bassin est de 3.000 m3, équivalant au volume d’eau de refroidissement

circulant en 10 minutes environ dans le circuit. Le niveau de l’eau dans le bassin est

contrôlé par le régulateur 1020-LIC-1.

IV.2.4.2 Eau de réintégration

L’eau de réintégration de la tour est de l’eau traitée dans le décarbonateur, qui

arrive par gravité à travers un collecteur qui sert à mélanger périodiquement de l’eau

brute traitée, afin de corriger un dosage excessif de produits chimiques.

IV.2.4.3 Filtre de l’eau de refroidissement 1020-S-1 A/B

L’eau de refroidissement est filtrée continuellement par un couple de filtre

1020-S-1- 1A/B, il y a une partie du débit total qui est recirculée à travers les filtres et

renvoyée au bassin, de façon qu’une élimination continue des substances solides est

assurée. Les filtres doivent être périodiquement nettoyés des dépôts.

IV.2.4.4 Station de dosage des réactifs chimiques

Il est nécessaire de prévoir l’adjonction de réactifs chimiques spéciaux à l’eau

de refroidissement, pour éviter des phénomènes de corrosion ou d’entartrage des

matériaux du circuit de refroidissement et pour éviter la croissance de vie organique

· Inhibiteur de corrosion ;

· L’acide chlorhydrique à 37%, qui est utilisé pour le contrôle du pH du

circuit ;

· Des Biocides pour inhiber la prolifération bactérienne.


59

La figure IV-2-1 représente un schéma simplifié du circuit de refroidissement de la

raffinerie de SKIKDA.

Figure IV-2- 2: Présentation schématique du circuit de refroidissement de la raffinerie deSKIKDA.

Pompe deCirculationD’eau

Filtre

Airatmosphérique

EchangeurEvaporation

PurgeDeConcentration

Eau froide

Eauchaude

Eaud’appoint

Chapitre V: Protocole expérimental

Chapitre V Protocole expérimental

60

V Protocole expérimental

L'unité de traitement des effluents liquides de la raffinerie de SKIKDA rencontre

des difficultés dues à plusieurs contraintes, comme nous l’avons signalé dans le

chapitre précèdent.

Dans ce chapitre, nous présentons les étapes suivies, pour étudier les possibilités

d’améliorer la qualité d’eau rejetée et la possibilité de la recycler comme eau d’appoint

afin de répondre d’un côté au décret relatif aux rejets liquides industriels et d’un autre

côté minimiser le coût d’achat d’eau de barrage. Les procédures expérimentales suivies

sont résumées comme suit :

V.1 Coagulation floculation

Les essais d’optimisation des doses des produits injectés dans cette étape

d’épuration, considérée comme phase principale dans la clarification de l’eau polluée,

sont réalisés à l’aide d’un Jar-test.

V.1.1 Essais au laboratoire

Ces essais ont pour but la détermination des doses des réactifs nécessaires à

l’épuration de l’eau en fonction du taux de pollution de cette dernière. Ces réactifs sont

les coagulants (Al) 2 (SO4)3, FeSO4 et Fe2 (SO4)3 et le poly électrolyte :

a. Préparation des solutions

Solution pour la coagulation

On pèse 10g du coagulant choisi, que nous introduisons dans une fiole de 1l et on

ajoute 250 ml d’eau distillée ; le mélange est agité à l’aide d’un agitateur magnétique

jusqu’à dissolution totale du coagulant, enfin on complète par addition d’eau distillée

jusqu’à un volume total de 1 litre.

Solution du polyélectrolyte

Nous suivons la même procédure que pour la coagulation, mais avec une

concentration de 0,1 g/l.


61

b. Décantabilité naturelle et essais de Jar-test

Décantabilité naturelle (sans produits)

Placer 1000 ml d’eau brute homogène dans une éprouvette et noter le pourcentage

des boues déposées après 30, 60 et 90 minutes.

Si le résultat obtenu est jugé trop faible le taux des particules colloïdales est élevé, on

doit injecter un coagulant pour améliorer la qualité de l’eau. On procède aux essais de

jar-test.

Essais de Jar-test

Le but des essais de jar test est de déterminer les concentrations optimales du

coagulant et du polyélectrolyte utilisé pour le traitement de coagulation floculation.

Dose du coagulant

Les essais de floculation se font de préférence dans l’ordre suivant :

Dans chacun des six bécher, on verse 1l d’échantillon d’eau brute, on place les

récipients dans le floculateur et on descend les Hélices d’agitation au fond des béchers ;

puis au moyen d’une pipette de 10 ml, on introduit dans les six béchers par des doses

croissantes (5-10-15-20-25-30) ml des solutions de coagulants. Ensuite, on met en route

le moteur et on déclenche le chronomètre, tout en commençant par une agitation rapide

(200 tours/min) pendant 3 à 5 min et ensuite une agitation lente (60 tours/ min) pendant

15 à 17 min.

Après l’arrêt de l’agitation, nous laissons les solutions reposer pendant 30 min avant de

continuer les observations et les analyses nécessaires.

Dose du floculant

Le but du floculant est d’augmenter la grosseur du floc ainsi que sa vitesse de

décantation. Avec les quantités des coagulants ayant permis dans les essais précédents

d’obtenir la meilleure turbidité et le pH. Il faut recommencer une série d’essais en

ajoutant des doses croissantes de floculants (polyélectrolyte).

Introduire dans chaque bécher la même dose du coagulant et par doses croissantes (0,3-

0,6-0,9-1,2-1,5) ml à l’aide d’une pipette de 2 ml à partir de la solution de 0,1 g/l du


62

polyélectrolyte. On suit les mêmes étapes que l’essai précédent. Après 20 min

d’agitation et 30 min de décantation, on procède aux observations et les analyses

nécessaires. En fin il faut laver soigneusement les béchers et les hélices.

V.2 Traitement biologique

Dans cette étape le traitement biologique est réalisé dans des récipients de 3l,

l’agitation est assurée par des agitateurs et des barreaux magnétiques. L’oxygène est

amené à l’aide d’un moteur d’oxygène (celui d’un aquarium) tandis que les aliments

sont introduits sous forme de réactifs chimiques, le sulfate d’ammonium comme source

d’azote et le phosphate trisodique comme source de phosphore et bien sûr la matière

organique polluante est la source de carbone dont la dégradation sert à la dépollution

de l’eau. Le montage est réalisé comme suit :

On verse l’échantillon dans les récipients qui sont, un échantillon brut et trois

échantillons traités respectivement avec (Al) 2 (SO4)3, FeSO4 et Fe2 (SO4)3.

On introduit les quantités nécessaires des deux nutriments dans les récipients, ensuite

on place les tuyaux des deux barboteurs d’oxygène ; on actionne la mise en marche du

moteur avec un débit bien déterminé.

Il faut laisser tourner pendant 24 h afin d’assurer une bonne dégradation de la matière

organique.

V.3 Filtration sur sable et sur charbon actif

V.3.1 Filtration sur sable

Après avoir bien laver le sable destiné à la filtration, on le sèche à 170°C dans

l’étuve puis on le fait passer par plusieurs tamis afin de déterminer leur granulométrie.

On remplit des colonnes de 1000 ml bien lavées, par des couches superposées de sable

commençant par la granulométrie la plus fine vers la plus grosse.

A l’échelle industrielle les lits de sable seront superposés dans le sens contraire que

dans les colonnes (au laboratoire) pour des raisons pratiques lors du lavage.

Les filtres à sable sont constitués de 3, 5 et 7 lits filtrants.


63

Leur granulométrie est :

· Colonne de 3 lits (35-25-15) MESH.

· Colonne de 5 lits (55-45-35-25-15) MESH.

· Colonne de 7 lits (70-60-55-45-35-25-15) MESH.

Les colonnes utilisées sont constituées par un tube en verre portant à sa partie inférieure

respectivement un joint muni d’un robinet, une couche de laine de verre, le lit filtrant en

dernier ( le sable pour les trois premières colonnes et le charbon actif granulé pour la

quatrième colonne).

V.3.2 Filtration sur charbon actif

On a utilisé le charbon actif granulé, c’est celui utilisé dans la STEP. Dans les

deux type de colonnes la filtration se fait comme suit : après avoir fermé le robinet on

place dans la partie inférieure de la colonne l’échantillon tout en remplissant la

colonne ; on laisse reposer pendant 20 min puis on ouvre le robinet pour laisser couler

l’eau dans des récipients propres. Enfin, on effectue les analyses nécessaires. Le tableau

V-3-1 présente les caractéristiques des filtres utilisés.

Tableau V-3-1 : Caractéristiques des filtres utilisés

Filtre à sable Filtre à charbon actif

Couleur Gris clair brillant

Pureté Le sable doit être bien lavé

Composition

chimique

Silice 97% minimum- argile, calcaire, fer (2,5-3)

%, impureté organique 0.5% max

Charbon vigital activé

H2O < 10%

Granulométrie <3nm

Granulométrie (15-25-35-45-55-60-70) MESH

Dimensions de la colonne : hauteur : 50cm

Diamètre: 5 cm


64

Remarque : Dans chaque étape d’épuration plusieurs essai sont effectués afin de

déterminer les doses de :

· Coagulants et polyélectrolyte (5-10-15-20-25-30) et (0,3-0,6-0,9-1,2-1,5)

respectivement.

· Les nutriments injectés dans le traitement biologique.

· Ainsi que le temps optimal de filtration 20 min sur sable et sur charbon actif

granulé.

Les résultats caractéristiques des essais effectués sont regroupés dans des tableaux

donnés en annexe :

· Des tableaux qui regroupent les résultats des essais de coagulation avant l’ajout

de polyélectrolyte.

· Des tableaux qui regroupent les résultats des essais de coagulation après l’ajout

de polyélectrolyte.

· Des tableaux rassemblent les résultats effectués des études d’efficacité des

étapes d’épuration avec chaque coagulation.

· Des tableaux portent les résultats d’optimisation du mélange eau épurée + eau

de barrage avec différentes proportions de chacune d’eux.

V.4 Méthodes et normes d’analyses

Différente analyses sont effectuées au laboratoire afin de suivre tous les

paramètres caractérisant la qualité des eaux avant et après chaque étape d’épuration,

ainsi que pour chaque proportion des mélanges d’optimisation.

V.4.1 Analyse des eaux

Les paramètres à analyser sont : la turbidité , le potentiel d’hydrogène pH , la

conductivité le taux de sels dissout TDS , le titre alcalimétrique TA, le titre

alcalimétrique complet TAC, le titre hydrométrique TH, la dureté calcique THCa2+ , la

dureté magnésienne THMg2+, les chlorures libre Cl-, la silice SiO2, les phosphates PO43-

, l’ammoniac NH3, l’indice de KMnO4, l’absorbance de la matière organique à 254 nm


65

et les MES à 550nm, les demandes chimique et biologique en oxygène ainsi que le fer

total (par TPTZ). Enfin le calcul des indices de saturation et de stabilité pour déterminer

le caractère de l’eau (entartrante ou corrosive).

V.4.2 Echantillon à analyser

· L’eau brute avant toute phase d’épuration.

· L’eau après chaque phase d’épuration (simple ou combiné avec une autre phase).

· L’eau épurée complètement.

· L’eau de barrage

· Mélange (eau épurée + eau de barrage).

· Eau de bassin de rejet (B17)

· Eau des tours de refroidissement A et B.

V.4.3 Matériels utilisés

a. Verreries

· Béchers de 100 et 200 ml.

· Pipettes de 10 et de 2 ml.

· Spatule en verre.

· Cylindre de 100 ml.

· Fioles de 250 ml.

· Verreries accessoires du DCO mètre.

· Bouteille de 500 ml destinées à la mesure du DBO5.

b. Matériels

· Turbidimètre.

· pH-mètre.

· Spectromètre UV Visible allant de 100 nm à 1100 nm.


66

· Spectromètre UV allant de 400 nm à 800 nm.

· Titrimétre (DCO)

· Incubateur (DBO5)

V.4.4 Normes et analyses

V.4.4.1 Détermination de la turbidité

a. Principe

Le principe de la turbidité se base sur la mesure de la dispersion des rayons

lumineux par la solution. Plusieurs échelles de mesure permettent de déterminer avec

précision la valeur de la turbidité. Elle peut s’effectuer en utilisant l’effet de Tyndall,

utilisé plus spécialement pour la mesure des faibles turbidités (eau de poisson); où

l’opacimétrie est appliquée aux eaux de forte turbidité (eau brute, eau résiduaire).

b. Mode opératoire

Remplir la cellule avec l’échantillon jusqu’au trait de jauge d’une façon à éviter

la formation des bulles d’air. On ferme la cellule et on lave sa paroi extérieure avec

l’Huile de Silicone. On place la cellule dans le turbidimètre, et on lit la valeur affichée

sur l’écran.

V.4.4.2 Détermination du potentiel d’hydrogène

a. Principe

Si l’on plonge une électrode indicatrice en verre dans le milieu à analyser, il

s’établi entre celui-ci et l’électrode une déférence de potentiel, qui est en fonction du

pH. Il s’agit donc de mesurer cette différence de potentiel.

b. Mode opératoire

Etablir les connexions électriques nécessaires de pH-mètre, on lave l’électrode

avec l’eau distillée, et on verse l’échantillon d’eau dans le bêcher puis y plonger les

électrodes et lire la valeur du pH indiquée sur l’écran de l’appareil.


67

V.4.4.3 Détermination de la conductivité

a. Principe

Le passage du courant électrique est en fonction directe de la concentration

ionique de la solution, sa détermination donne la quantité des sels dissous.

b. Mode opératoire

On suit les mêmes étapes que pour la mesure du pH.

V.4.4.4 Titre alcalimétrique complet

a. Principe

La décoloration de la phénophtaléine se produit dés que le pH est supérieur à

8,3 c'est-à-dire lorsque l’anhydride carbonique à l’état libre commence à apparaître

dans la solution.

Le TA permet donc de déterminer la teneur d’hydroxyde, la moitié en carbonate et un

tiers environ de phosphates présents.

Le virage de méthyle orange se produit dés que le pH est inférieur à 4,5 c'est-à-dire dès

qu’un excès d’acide fort commence à apparaître

b. Mode opératoire

On verse 100 ml de l’échantillon dans un bêcher et on ajoute quelques gouttes

de phénophtaléine, en présence de TA on obtient une couleur rose pale, dans ce cas on

titre avec l’acide sulfurique à 0,02 N, jusqu’au virage du rose pâle à l’incolore (Va).

TA = Va x 10

On ajoute à la même solution 2 à 3 gouttes d’indicateur mixte pour avoir une couleur

bleu puis on titre avec l’acide sulfurique à 0,02 N jusqu’ au virage du bleu au rose pâle

(Vb).

TAC = Vb x 10

Va : volume d’H2SO4 lors du titrage du TA.

Vb : volume d’H2SO4 lors du titrage du TAC.


68

V.4.4.5 Titre hydrométrique (dureté totale) TH :

a. Principe

On utilise un sel disodique d'EDTA (acide éthylène diamine tétracetique) qui

forme avec les cations à l’exception des alcalins, des complexes ou chélates stables

dans lesquelles les cations sont dissimulés a leurs réactifs habituels. En présence de

cation l’ EDTA forme des complexes contenant un cation pour une molécules d’EDTA

suivant la réaction :

[H2Y] 2- + M2+ [MY] 2- + 2H+

EDTA Cation Complexe

b. Mode opératoire

On prélève 100ml d’échantillon dans un bêcher, on ajoute 1 ml de solution

tampon, et un pincé d’indicateur erichrome noir T. Après agitation et en présence de

dureté la solution se colore en rouge cerise. On titre avec l’EDTA jusqu’au virage

bleu ; molarité de l’EDTA est de 0,01 M.

TH =V x 10

V : volume de l’EDTA. Titré.

V.4.4.6 Dureté calcique

a. Principe

La dureté calcique est obtenue en augmentation préalable du pH de la solution

avec une solution tampon, puis titré avec l’EDTA en utilisant l’indicateur murixide qui

se combine avec le Ca2+, donc le Mg2+ est précipité sous forme d’hydroxyde et

n’intervient pas.

b. Mode opératoire

A 100 ml d’échantillon on ajoute 2 ml de la solution tampon, un pincé de

l’indicateur murixide. La solution se colore alors en rose est titrée par l’EDTA

jusqu’au virage au mauve.

(Mg2+) = TH - (Ca2+).


69

V.4.4.7 Détermination des ions chlorures (Cl-)

a. Principe

Les chlorures sont dosés en milieu neutre par une solution de nitrate d’argent

en présence de chromate de potassium ; on obtient un précipité blanc de chlorure

d’argent :

Ag+ + Cl AgCl

La fin de titrage est indiquée par la formation d’un précipité d’une coloration rouge

brique caractéristique de chromate d’argent

2Ag++CrO42- Ag2CrO4

Le précipite rouge apparaît lorsque tous les ions chlorures ont été consommés.

b. Mode opératoire

Dans un bécher on introduit 100 ml d’échantillon et quelques gouttes (2 à 3) de

dichromate de potassium. On agite et on titre le mélange avec les nitrates d’argent 0,1N

[Cl-] = (V – 0,4) x 7,1

V : Volume titrer de nitrates d’argent.

V.4.4.8 Détermination des ions phosphates

a. Principe

L’acide phosphorique forme avec le molybdate d’ammonium le complexe

phospho-molybdique jaune et réduit avec l’acide 1amino 2-naphtal 4 sulfurique en

solution acide qui donne une couleur bleu par formation du bleu molybdène

b. Mode opératoire

A 100 ml échantillon, on ajoute 1 ml d’acide chlorhydrique 15%, 0,5ml d’acide

oxalique et 2 ml de molybdate d’ammonium puis 2 ml d’ANS. On agite et on laisse

reposer pendant 5 min en suite on lit l’absorbance au spectrophotomètre à 650 nm.

[PO43-] ppm = A x 6,81

A : absorbance de la couleur.

6,81 : facteur.


70

V.4.4.9 Détermination de la Silice

a. Principe

A un pH compris entre 2,3 et 2,4 l’acide Silicique dissout et le molybdate

d’ammonium forme un complexe jaune de molybdate Silicique réduit avec le complexe

ANS augmentant la sensibilité de l’analyse, on obtient une couleur bleu avec formation

de l’azur de molybdène.

b. Mode opératoire

A 50 ml d’échantillon, on met 1 ml d’HCl 50% et 2 ml de molybdate

d’ammonium. Après agitation, on ajoute 2 ml d’acide oxalique et 2 ml d’ANS, on agite

une autre fois et laisser reposer pour 10 min avant de lire au spectrophotomètre à

815 nm.

[SiO2] ppm = A x 3,250.

V.4.4.10Dosage de l’azote ammoniacale (NH4+, NH3)

a. Principe (au réactif de Nessler) [Norme NF T90-015]

En présence d’hydroxyde de potassium ou de sodium il se produit une réaction

entre les ions NH4+ et le réactif de Nessler l’iodo-mercure de potassium alcalin, avec

formation d’un composé de coloration variant du rouge au brun.

L’ajout dans le milieu réactionnel de tartre double de sodium et de potassium a pour

rôle principal d’éviter la formation ultérieure d’un trouble dû à l’interférence du

calcium et du magnésium éventuellement présents dans l’eau. On réalise ensuite une

mesure de l’absorbance de la coloration à une longueur d’onde voisine de 420 nm.

b. Mode opératoire de l’ammoniac

A 100 ml d’eau à analyser, on ajoute 0,5 ml de la solution de segnette puis 4 ml

de la solution de Nessler. On laisse le mélange reposer pendant 20 min jusqu'à

stabilisation de la coloration jaune. On lit l’absorbance au spectrophotomètre à une

longueur d’onde de 425 nm.

[NH3]ppm = A x 6,37


71

V.4.4.11Fer total par TPTZ

a. Principe

Le fer total est d’abord converti à l’état d’ions qui réagissent avec le TPTZ 2- 6-

tripyridy- 5- triazine pour produire un composé chélate de couleur bleu, la mesure de

l’absorption donne la concentration en fer total.

b. Mode opératoire

On ajoute 2 ml d’HCL concentré (50%) à 100 ml d’échantillon et on fait bouillir

jusqu’à diminution du volume de 40 ml à 50 ml, puis on ajoute 2 ml de chlorydrate

d’hydroxylamine, 5 ml d’acétate d’ammonium et 5 ml de TPTZ. On complète jusqu’à

100 ml de solution par l’eau distillée. Après 10 min, on effectue la mesure de

l’absorbance sur le spectrophotomètre à 595 nm.

[Fe2+] ppm = A x 2,5.

V.4.4.12Détermination de l’indice de KMnO4

a. Principe

Le principe de la détermination de l’indice de KMnO4 se divise en plusieurs

étapes :

1ére Etape : chauffage à ébullition douce d’un échantillon d’eau en présence d’une

quantité connue, en excès de KMnO4 et d’acide sulfurique dilué pendant 10 min. Il se

produit la réduction d’une partie de KMnO4 par les matières oxydables de l’échantillon

selon l’équation suivantes :

4MnO4- + 12H+à 4Mn2+ + 5O2 + 6H2O

L’oxygène produit par cette réaction d’oxydo-réduction va oxyder les matières

oxydables présentes dans l’eau.

2éme Etape : réduction de l’excès de KMnO4 par un excès d’oxalate de sodium selon

l’équation suivante :

2MnO4- + 5(COO-)2 + 16H+à 10CO2 + 2Mn2+ + 8H2O


72

3éme Etape : titrage en retour de l’excès d’oxalate de sodium par le KMnO4 selon la

même équation que précédemment il est réalisé un essai à blanc pour déterminer la

consommation du KMnO4 suivant les mêmes conditions.

b. Mode opératoire

Dans 100 ml d’échantillon à analyser, on met 10 ml d’acide sulfurique à 20%,

puis 10 ml de KMnO4 0,01N. On chauffe le mélange pendant 10 min et on ajoute 10 ml

d’acide oxalique pour décolorer la solution. Enfin la solution est titrée par le KMnO4

0,01N jusqu’au virage au rose.

V.4.4.13Demande chimique en Oxygène DCO

a. Principe

Dans les conditions définis, certaines matières contenues dans l’eau sont

oxydées par un excès de dichromates de potassium en milieu acide et en présence de

sulfate d’argent et de sulfate de mercure. L’excès de dichromate de potassium est dosé

par le sulfate de fer et d’ammonium.

b. Mode opératoire

On introduit 50 ml d’eau à analyser dans un ballon de 500 ml, et on ajoute 1 g

de sulfate de mercure cristallisé et 5 ml de solution sulfurique de sulfate d’argent. On

ajoute 25 ml de solution de dichromate de potassium 0,25 N puis 70 ml de solution

sulfurique de sulfate d’argent. On chauffe à ébullition pendant 2 h sous réfrigérant à

reflux. Après refroidissement pendant 1h 30 min. On dilue jusqu’à un volume de 350

ml avec de l’eau distillée. On ajoute quelques gouttes de solution de féroïenne. Ensuite ,

on détermine la quantité nécessaire de fer d’ammonium pour obtenir le virage au rouge

violacé. On procéde aux mêmes opérations sur 50 ml d’eau distillée.

c. Expression des résultats

DCO (ppm) = 8000 (V0 – V1) T/ V

V0 : Volume de sulfate de fer d’ammonium nécessaire au dosage (ml).

V1 : Volume de sulfate de fer d’ammonium nécessaire à l’essai à blanc.


73

T : Titre de la solution de sulfate de fer d’ammonium.

V : Volume de la prise d’essai.

d. Vérification du titre de la solution de sulfate de fer et d’ammonium

Dans un bécher, on introduit 25 ml de solution de dichromate de potassium 0,25

N et on compléte à 100 ml avec la solution d’acide sulfurique 4 M. On titre avec la

solution de sulfate de fer. Après refroidissement, on ajoute quelques gouttes de solution

de féroïenne. On détermine la quantité nécessaire de fer d’ammonium pour obtenir le

virage au rouge violacé.

T = ml K2Cr2O7 x 0,04 x 6 / ml Fe (NH4)2(SO4)2 = 1,2 / V

N.B: La norme AFNOR effectue le test sur 10 ml d’échantillon, et réduit en proportion

les quantités des réactifs.

V.4.4.14Demande biologique en Oxygène DBO5

a. Principe

Les flacons contenant l’échantillon sont remplis. Pour décomposer les

substances organiques après la fermeture du système les microorganismes consomment

l’oxygène de la réserve d’air confinée. Le gaz carbonique qui se forme ainsi est

absorbé. Par la diminution de la quantité d’oxygène dans le flacon, la pression diminue,

et cette diminution est détectée dans les têtes de meures et enregistrée. Après transfert

des données dans le contrôleur, la DBO5 est calculée.

b. Mode opératoire

Après l’estimation de la valeur de la DBO5 dans l’eau à analyser, on rempli les

flacons de mesures par un volume adéquat de l’échantillon selon le tableau suivant :


74

Tableau V-4-1: Facteur correspondant aux volumes d'échantillon prélevé.

Volume d’échantillon Intervalle de mesure (mg/l) Facteur

432 0 - 40 1

305 0 – 80 2

250 0 – 200 5

164 0 – 400 10

97 0 – 800 20

43,5 0 – 2000 50

22,7 0 - 4000 100

Plonger le barreau magnétique dans les flacons et placer les tiges qui contiennent de 4 –

5 pastilles de KOH ou NaOH. Ensuite fermer les par les têtes de mesures, presser sur

les touches ‘S’ et ‘M’ jusqu'à l’apparition du Zéro. Enfin placer les dans un incubateur

à 20°C pendant 5 jours à l’obscurité.

Après 5 jours la lecture se fait en appuyant sur la touche ‘M’ :

[DBO5] ppm = valeur lue x facteur.

V.4.4.15Calcul de l'indice de saturation et de stabilité

Lorsqu'une eau atteint son équilibre, elle peut, soit déposer des sels: elle est dite

"incrustante", soit en fixer: elle est dite "agressive". Si elle ne manifeste aucune de ces

propriétés elle est dite en "équilibre". Afin de pouvoir déterminer son caractère on

procède à calculer ces indice de saturation (indice de Langelier) et de stabilité (indice

de Rysner).

Insat = InL = pH - pHs = pH – [11, 3 – (THCa2+ + TAC)].

Insab = InR = 2 pHs - pH = 2 [11, 3 – (THCa2+ + TAC)] – pH


75

Tableau V-4-2: Facteurs correspondants aux valeurs de THCa2+ et TAC

Valeurs de TAC Facteurs

correspondants

Valeurs de

THCa2+

Facteurs

correspondants

10-11 1 10-11 0,6

12-13 1,1 12-13 0,7

14-17 1,2 14-17 0,8

18-22 1,3 18-22 0,9

23-27 1,4 23-27 1

28-35 1,5 28-35 1,1

36-44 1,6 35-45 1,2

45-55 1,7 45-55 1,3

56-69 1,8 56-69 1,4

70-88 1,9 70-87 1,5

89-110 2 88-110 1,6

111-139 2,1 111-138 1,7

140-176 2,2 139-174 1,8

177-220 2,3 175-220 2

230-270 2,4 230-270 2,1

280-350 2,5 280-340 2,2

360-440 2,6 350-430 2,3

450-550 2,7 440-550 2,4

560-590 2,8 560-690 2,5

700-880 2,9 700-870 2,6

890-1600 3 880-1000 2,7

Tableau V-4-3: Interprétation des résultats de l'indice de saturationValeur de l'indice de saturation Caractère de l'eau

Insat < 0 Agressive

Insat > 0 Incrustante

Insat = 0 Equilibrée


76

Tableau V-4-4: Interprétation des résultats de l'indice de stabilité

Valeur de l'indice

de stabilité

Caractère de l'eau

4,5-5 Très incrustante

5-6 Faiblement incrustante

6-7 Faiblement incrustante ou

corrosive

7-7,5 corrosive

7,5-9 Fortement corrosive

9 et plus Très fortement corrosive

Chapitre VI Résultats et discussions

77

VI Résultats et discussions :

Pour faciliter la lecture de ce chapitre, nous présentons l'ensemble des termes

utilisés en abréviations:

B1: Eau brute du bassin de collecte.

B17: Eau du bassin de rejet.

Tour A: L'eau qui entre dans la cellule A du circuit de refroidissement.

Tour B: L'eau qui entre dans la cellule B du circuit de refroidissement.

X: Le coagulant choisi (FeSO4, Al2SO4, Fe2 (SO4)3).

S1: La première colonne de sable qui comporte trois lits.

S2: La deuxième colonne de sable qui comporte cinq lits.

S3: La troisième colonne de sable qui comporte sept lits.

CHA: La colonne du charbon actif.

TB: Traitement biologique.

VI.1 Suivi de la qualité des eaux des deux procès (la STEP et le circuit de

refroidissement) pendant 09 mois :

L’ensemble des figures présentées ci-dessous montrent les variations des teneurs de

plusieurs éléments déterminant la qualité des échantillons en question en fonction du

temps.

Pour la STEP nous avons pris comme échantillon l’eau du bassin de la collecte

B1, c’est l’eau brute et celle du bassin de rejet B17, elle arrive du bassin B1

passant par les différentes étapes d’épurations.

On remarque dans les figures de VI-1-1 à VI-1-6 que tous les paramètres (pH,

conductivité, TDS, Cl-, PO43-, NH3…..) présentent des allures des courbes qui se

ressemblent, parce que la qualité des eaux du bassin B17 dépend directement de celle du

bassin B1, qui à son tour dépend des conditions météorologiques. Les paramètres à

analyser prennent leurs valeurs maximales aux mois d’Août et Septembre et diminuent


78

progressivement jusqu’au mois de Janvier, puis elles augmentent de nouveau donnant un

pic au mois de Mars.

Figure VI-1-1: variation de la conductivité en fonction de temps.

août-07

sept.-07oct.-0

7nov.-07

déc.-07

janv.-08févr.-08

mars-08avr.-08

2 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 09 0 0

1 0 0 01 1 0 01 2 0 01 3 0 0

TDS

M o is

B 1B 1 7T O U R AT O U R BE a u P o ta b le

Figure VI-1-2: Variation du TDS en fonction de temps.

août-07sept.-0

7oct.-0

7nov.-07

déc.-07janv.-08

févr.-08mars-08

avr.-08200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Con

duct

ivité

M ois

B1 B17 TOURA TOURB EauPotab le


79

août-07sept.-0

7oct.-07

nov.-07déc.-07

janv.-08févr.-08

mars-08avr.-08

501 001 502 002 503 003 504 004 505 005 506 006 507 00

Cl-

M o is

B 1B 1 7T O U R AT O U R BE a u P o tab le

Figure VI-1-3: Variation de la teneur des ions chlorures en fonction de temps

aoû t-07

sep t.-07oct.-0

7n ov .-0

7déc.-0

7

janv .-08

févr .-08

m ars-08avr.-0

80

1

2

3

4

5

(PO

4)3-

M o is

B 1B 1 7

Figure VI-1-4: Variation de la concentration des ions phosphates en fonction.


80

aoû t-07

sep t.-07oct.-0

7nov.-07

déc.-07

janv .-08

févr.-08

m ars-08avr.-08

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

NH

3

M o is

B 1B 1 7

Figure VI-1-5: Variation de l'ammoniac en fonction de temps.

août-07

sept.-07oct.-0

7nov.-07

déc.-07

janv.-08

févr.-08

mars-08avr.-08

-0 ,20 ,00 ,20 ,40 ,60 ,81 ,01 ,21 ,41 ,61 ,82 ,02 ,22 ,42 ,6

Fer

M ois

TO U RATO U RBEa uP o tab le

Figure VI-1-6: Variation du fer en fonction de temps.

On constate que la valeur maximale du pH est atteinte au mois de Septembre.

Jusqu’à Avril le pH oscille dans un intervalle compris entre [7 - 7,6] comme le montre la

figure VI-1-7.


81

août-07sept.-0

7oct.-0

7nov.-07

déc.-07janv.-08

févr.-08mars-08

avr.-08

6,86,97,07,17,27,37,47,57,67,77,87,98,08,18,28,38,4

pH

M ois

B1 B17 TOURA TOURB EauPotable

Figure VI-1-7: Variation du pH en fonction de temps.

Les figures VI-1-8, VI-1-9 et VI-1-10 présentent que le TA est toujours inférieur

à 0,5 ppm. Le TAC et le TH ne représentent pas de grands changements ils sont compris

entre ([80-140] et [200- 420]) ppm respectivement.

août-07sept.-0

7oct.-0

7nov.-07

déc.-07janv.-08

févr.-08mars-08

avr.-080

5

10

15

20

25

30

35

40

TA

Mois

TOURATOURBEauPotable

Figure VI-1-8: Variation du TA en fonction de temps.


82

août-07sept.-07

oct.-07nov.-07

déc.-07janv.-08

févr.-08mars-08

avr.-086080

100120140160180200220240260280

Mois

TAC

B1B17TOURATOURBEauPotable

Figure VI-1-9: Variation du TAC en fonction de temps.

août-07sep

t.-07oct.-

07nov.-07

déc.-07

janv.-08févr.-0

8mars-08

avr.-08

200

400

600

800

1000

1200B1B17TOURATOURBEauPotable

TH

Mois

Figure VI-1-10: Variation du TH en fonction de temps.

Les conditions de mises en marches des unités du complexe, les modes de

fonctionnement de leur procès et surtout les produits injectés lors des traitement des eaux


83

influent directement sur la qualité des eaux du bassin B1 ainsi que celle du bassin B17,

citant par exemple les eaux de lavage du pétrole brut qui sont chargées par les chlorures,

les hydrocarbures et les sels, les eaux des chaudières riches en phosphates, ammoniac et

hydrazine. Ajoutons à cela, les eaux de lavage des résines qui influent directement sur le

pH. Il ne faut pas oublier les pannes, les problèmes de dysfonctionnement et surtout les

fuites dans les conduites qui peuvent changer brusquement la qualité de l’eau ce qui

explique l’apparition des pics dans les courbes.

Pour le circuit de refroidissement ,nous avons suivi la qualité de l’eau de barrage

qui après chloration sert comme eau d’appoint pour les deux circuits de

refroidissement, la tour A avec ces quatre cellules et la tour B avec ces trois

cellules. Nous avons également contrôlé les eaux qui entrent dans les tours après

refroidissement de différents procès passant dans un circuit fermé.

Les valeurs du TA, TAC, TH et Cl- de l’eau de barrage ou de l’eau d’appoint ne

changent pas dont les courbes sont linéaires. Les mesures de la conductivité, TDS, silice,

les indices de saturation et de stabilité ne présentent pas de grandes différences, dans les

figures VI-1-11 VI-1-12 VI-1-13, on remarque une légère perturbation. D’après les

valeurs des indices de saturation et de stabilité on peut dire que l’eau de barrage est

entartrante.


84

août-07sept.-0

7oct.-0

7nov.-07

déc.-07janv.-08

févr.-08

mars-08avr.-08

1 ,01 ,52 ,02 ,53 ,03 ,54 ,04 ,55 ,05 ,56 ,06 ,57 ,07 ,58 ,08 ,59 ,09 ,5

10 ,0

SiO

2

M ois

TO URATO URBEauPotab le

Figure VI-1- 11: Variation de la silice en fonction de temps.

août-07sept.-0

7oct.-0

7nov.-07

déc.-07janv.-08

févr.-08mars-0

8avr.-08

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

Indi

ce d

e Sa

tura

tion

M ois

TOURATOURBEauPotable

Figure VI-1-12: Variation de l'indice de saturation en fonction de temps.


85

août-07sept.-0

7oct.-0

7nov.-07

déc.-07

janv.-08févr.-08

mars-08avr.-08

4,04,24,44,64,85,05,25,45,65,86,06,26,46,66,87,07,27,47,67,8

Indi

ce d

e St

abili

té

M ois

TO U R ATO U R BEauPotable

Figure VI-1-13 : Variation de l'indice de stabilité en fonction de temps.

La figure VI-1-14 illustre la variation de l’indice de KMnO4 qui traduit la teneur des

matières oxydables, il augmente progressivement avec le temps. Il arrive au maximum en

hiver, puis il se dégrade encore au printemps.

aoû t-07sept.-0

7oct.-0

7nov .-07

déc.-07janv.-08

févr.-08

m ars-08avr.-08

0

1

2

3

4

5

6

In K

MnO

4

M o is

T O U R AT O U R BE a u P o ta b le

Figure VI-1-14 : Variation de l'indice de KMnO4 en fonction de temps.


86

La qualité des eaux de barrage dépend des phénomènes météorologiques, car elle est

directement liée à la quantité de pluies qui tombent et au trajet qu’elles suivent jusqu’à

leur arrivée aux circuits de refroidissement.

Les tours A et B : dans chaque paramètre les courbes suivent presque les mêmes allures.

Le pH de la tour A est presque constant, celui de la tour B est inférieur à 8 jusqu’au mois

de janvier. La même chose pour la conductivité, TDS, TH, les ions chlorures et la silice

dont on constate une large différence de leur teneurs jusqu’au mois de Janvier, après elles

diminuent et les courbes deviennent superposées.

Comme l’eau de barrage, les indices de saturation et de stabilité interprètent le caractère

entartrant des eaux des tours.

La qualité des eaux qui entrent dans les tours dépend directement du chemin qu’elle

parcourt en refroidissant plusieurs procès.

VI.2 Choix du coagulant et des concentrations adéquates pour une épuration

efficace.

Vu le caractère turbulent des ERI de la raffinerie de SKIKDA, nous avons essayé de

chercher le coagulant le plus efficace, et aussi savoir la gamme où peut osciller les

concentrations optimales de ce produit car on ne peut pas fixer une dose.

Pour cela nous avons prélevé du B1 plusieurs échantillons de différents caractères dont

nous allons les traités indépendamment avec les trois coagulants Al2 (SO4)3, FeSO4 et

Fe2 (SO4)3 avec les mêmes doses.

ü En analysant les échantillons après leur clarification, nous avons trouvé que le

sulfate d’aluminium Al2 (SO4)3 est le meilleur coagulant, et d’après les valeurs du

pH et de la turbidité qui sont exposés dans figures VI-2-1 et VI-2-2 , les doses

optimales du sulfate d’aluminium sont entre [10 et 20] ml, car les meilleurs

paramètres obtenus correspondent, aux valeurs minimales du sulfate d’aluminium

Al2 (SO4)3 .

Pour la turbidité, malgré que l’échantillon traité par le sulfate d’aluminium soit le plus

turbide, l’injection de 30 ml du coagulant a donné une eau plus claire que celle traitée par


87

les deux autres coagulants. La même chose, concernant l’absorbance à 550 nm qui est

illustré dans la figure VI-2-3. Elle traduit la concentration des MES du milieu dont on

remarque, les mêmes allures des courbes des deux paramètres pour les trois échantillons.

0 5 10 15 20 2 5 303,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

V olu m e du coagu lan t choisi (m l)

pHA l

2(SO

4)

3

FeSO4

Fe2(S O

4)

3

Figure VI-2-1: Variation du pH en fonction des concentrations des coagulants

0 8 16 24 32

0

10

20

30

40

50

60

Turb

idité

V o lu m e d u co ag u la n t ch o isi (m l)

A l2(SO

4)

3

F eSO4

Fe2(SO

4)

3

Figure VI-2-2: Variation de la turbidité en fonction des concentrations des coagulants


88

0 5 10 15 20 25 30

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

Abs

orba

nce

des m

atiè

res e

n su

spen

sion

à 55

0 nm

Volume du coagulant choisi (ml)

Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-2-3: Variation de l'absorbance des MES à550 nm en fonction des concentrations descoagulants

Les deux figures VI-2-4 et VI-2-5 affichent la conductivité et les TDS. Ils sont presque

constants, mais on note un pic pour chacun d’eux, en injectant 10 ml de FeSO4 et 20 ml

pour le même produit.

0 5 10 15 20 25 30460

480

500

520

540

560

580

600

Con

duct

ivité


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-2-4: Variation de la conductivité en fonction des concentrations des coagulants


89

0 5 10 15 20 25 300

1000

2000

3000

4000

5000


TDS

Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-2-5: Variation du TDS en fonction des concentrations des coagulants

Généralement les teneurs d’autres produits existants dans l’eau diminuent avec

l’augmentation des concentrations des coagulants injectés :

Nous avons constaté une augmentation de la concentration de l’ammoniac lors de

l’injection de 5 ml de FeSO4 comme le montre la figure VI-2-6. Nous remarquons sur la

figure VI-2-7 le même résultat pour les ions phosphates avec 5 et 10 ml du même

produit.

0 5 10 15 20 25 301,01,52,02,53,03,54,04,55,05,56,06,57,0

Am

mon

iac


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-2-6: Variation de la concentration de NH3 en fonction des concentrations des coagulants.


90

0 5 10 15 20 25 30

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Ions

pho

spha

tes

Volume du coagulant choisi (m l)

Al2(SO

4)

3

FeSO4

Fe2(SO

4)

3

Figure VI-2-7: Variation de la concentration du PO43- en fonction des concentrations des coagulants

Afin de mesurer le taux d’élimination des matières organiques dissoutes, nous avons

vérifié leur absorbance à 254 nm, la DBO5 et la DCO. Pour tous les coagulants choisis,

l’absorbance à 254 nm et la DCO, qui sont affichées sur les figures VI-2-8 et VI-2-9 et la

DBO5 sur la figure VI-2-10, donnent une courbe linéaire où l'Al2(SO4)3 présente toujours

les meilleurs taux d’épuration.

0 5 10 15 20 25 300,100,150,200,250,300,350,400,450,500,550,600,65

Abs

orba

nce

de la

mat

ière

org

aniq

ues à

254

nm

Volum e du coagulant choisi (m l)

A l2(SO

4)

3

FeSO4

Fe2(SO

4)

3

Figure VI-2-8: Variation de l'absorbance à 254 nm de MO en fonction des concentrations descoagulants


91

0 5 10 15 20 25 3020406080

100120140160180200220240260280300320340

Dem

ande

chim

ique

en o

xygè

ne


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-2-9 : Variation de la DCO en fonction des concentrations des coagulants.

0 5 10 15 20 25 300

50

100

150

200

250

300

350

400

Dem

ande

bio

logi

que

en o

xygè

ne


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-2-10: Variation de la DBO en fonction des concentrations des coagulants

Nous avons mentionné que la teneur des polluants contenus dans les ERI diminue avec

l’augmentation des concentrations des réactifs injectés, mais ce n'est pas toujours, car à

certains points, on remarque le contraire. Par exemple, la turbidité (voir figure VI-2-2)

qui, avec Al2 (SO4)3 et le FeSO4 augmente à 20 ml, pour le Fe2 (SO4)3 elle augmente à 25

ml.


92

La conductivité ainsi que le TDS (voir figure VI-2-4 et VI-2-5) s’élèvent à 15 ml. Une

perturbation des teneurs de TAC est remarquée sur la figure VI-2-11. Les valeurs des

ions chlorures indiquées sur la figure VI-2-12 atteignent le minimum à 15 ml, elles

augmentent à partir de 20 ml puis elles se stabilisent. La disposition de l’ammoniac et des

ions phosphate (voir les figures VI-2-6 et VI-2-7), ainsi que la DBO5 (voir figure VI-2-

10) s’amplifient après introduction de 20 ml des réactifs dans le milieu.

0 5 10 15 20 25 300

102030405060708090

100

Titr

e al

calim

ètri

que

com

plet

Volume du coagulant choisi (m l)

A l2(SO

4)

3

FeSO4

Fe2(SO

4)

3

Figure VI-2-11 : Variation du TAC en fonction des concentrations des coagulants

0 5 10 15 20 25 3080

100

120

140

160

180

200

220

240

260

Ions

chl

orur

es


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-2-12: Variation de la concentration des ions Cl- en fonction des concentrations descoagulants


93

0 5 10 15 20 25 30

160

180

200

220

240

260280

300

320

340

Titr

e hy

drom

ètri

que


Al2(SO4)3FeSO4Fe2(SO4)3

Figure VI-2-13: Variation du TH en fonction des concentrations des coagulants

Le pH diminue avec l’augmentation de la concentration des coagulants jusqu’à

acidification du milieu, cela est dû à l’effet acidifiant du produit (voir figure VI-2-1).

On peut expliquer ces modifications par le phénomène de désorption qui a lieu lorsque la

concentration du clarifiant est supérieur au rapport des MES existant dans l’eau.

Enfin ,vu les valeurs de la turbidité (voir figure VI-2-2) qui détermine le point de

désorption et les valeurs du pH qui indiquent les gammes de neutralité et d’acidité de

l’eau, on peut conclure que l’intervalle où sont comprises les doses indispensables à une

bonne clarification et à l’élimination des matières organiques , est de [10 à 20], c'est-à-

dire (10 - 15 - 20) ml ou (100 - 150 - 200) ppm, on peut même arriver à 25 ml en cas

d’une forte concentration, il faut bien contrôler le pH.

VI.3 Epuration avec les doses optimales plus le polyelectrolyte :

Dans le but de chercher une meilleure épuration, et après avoir trouvé les doses optimales

pour la clarification, nous avons apposé dans cette partie une épuration avec les trois

coagulants choisis, chacun avec les trois doses prédestinées, tout en ajoutant du poly

électrolyte qui sert comme adjuvant de coagulation, progressivement par addition de (0,3

- 0,6 - 0,9 - 1,2 - 1,5) ml à partir d’une solution de 1g/l.


94

VI.3.1 Addition de 10 ml du coagulant plus (0,3-0,6-0,9-1,2-1,5) ml du

polyélectrolyte :

Avec l’ajout du polyélectrolyte le taux d’épuration augmente et l’eau devient plus claire

où les valeurs de la turbidité diminuent de 43,7 NTU à 3,64 NTU avec Al2 (SO4)3, ainsi

que l'absorbance des MES à 550 nm comme c'est indiqués sur les figures VI-3-1-1 et VI-

3-1-2. Le pH reste à la neutralité pour tous les coagulants, comme le montre la figure

VI-3-1-3.

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 ,0 1,2 1 ,4 1 ,60

10

20

30

40

50

Turb

idité

10 m l du coagulant choisix et différents volum es du P olyélectrolyte

Al2(SO

4)

3

FeSO4

Fe2(SO

4)

3

Figure VI-3-1- 1: Variation de la turbidité en fonction de la concentration du polyélectrolyte.

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

Abs

orba

nce

des m

atiè

res e

n su

spen

sion

à 55

0 nm

10 ml du coagulant choisix et différents volumes du Polyélectrolyte

Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-1-2: Variation de l'absorbance des MES en fonction des concentrations dupolyélectrolyte.


95

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,66,4

6,5

6,6

6,7

6,8

6,9

7,0

7,1

7,2

7,3

pH


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-1-3: Variation du pH en fonction de la concentration du polyélecrolyte

On ne remarque pas de modification pour la conductivité, le TDS, le TAC et le TH,

comme c'est affiché sur les figures de VI-3-1-4 à VI-3-1-7, alors qu’on note une

diminution considérable dans la concentration des ions chlorures (voir figure VI-3-1-8)

avec l’augmentation de la concentration du polyélectrolyte. Nous avons obtenu une

concentration de 11 ppm à partir de 125 ppm avec le sulfate d’aluminium, tandis que les

autres coagulants ont abouti à 118 et 114 ppm respectivement.

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6430

440

450

460

470

480

490

500

Con

duct

ivité


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-1-4: Variation de la conductivité en fonction de la concentration du polyélectrolyte.


96

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6360

370

380

390

400

410

420

TDS


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-1-5: Variation des TDS en fonction de la concentration du polyélectrolyte

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

40

50

60

70

80

90

Titr

e al

calim

ètri

que

com

plet


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-1-6 : Variation du TAC en fonction de la concentration du polyélectrolyte


97

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

140160180200220240260280300320

Titr

e hy

drom

ètri

que


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-1-7: Variation du TH en fonction des concentrations des coagulants

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,60

20406080

100120140160180200

Cl-


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-1-8: Variation de la concentration des ions Cl- en fonction des concentrations descoagulants

La même situation est rencontrée pour les autres paramètres (phosphate, ammoniac et

l'absorbance des MES à 550nm), d'après les courbes VI-3-1-9, VI-3-1-10et VI-3-1-11, on

constate continuellement des réductions des proportions proportionnelles à

l’augmentation des doses du polyélectrolyte dont le Al2 (SO4)3 est le plus efficace.


98

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

Am

mon

iac


Al2(SO

4)

3FeSO

4Fe2(SO4)3

Figure VI-3-1-9: Variation de la concentration de NH3 en fonction de la concentration dupolyélectrolyte

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,60,00,20,40,60,81,01,21,41,61,82,02,22,42,62,83,03,23,4

Ions

pho

spha

tes



Figure VI-3-1-10: Variation de la concentration du PO43- en fonction de la concentration du

polyélectrolyte

L’absorbance à 254 nm, la DCO et la DBO5, présentées sur les figures allant de VI-3-1-

11 à VI-3-1-13, montrent une bonne élimination des matières organiques dissoutes. Nous

avons pu éliminé 80% des matières organiques.

Il faut noter que le phénomène de désorption à lieu aussi avec des teneurs élevées du

polyélectrolyte.


99

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Abs

orba

nce

de la

mat

ière

org

aniq

ues à

254

nm


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-1-11: Variation de l'absorbance à 254 nm de MO en fonction de la concentration dupolyélectrolyte.

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Dem

ande

chi

miq

ue e

n ox

ygèn

e



Figure VI-3-1-12: Variation de la DCO en fonction de la concentration du polyélectrolyte


100

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

0

50

100

150

200

250

300

350

Dem

ande

bio

logi

que

en o

xygè

ne


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-1-13: Variation de la DBO en fonction de la concentration du polyélectrolyte.


polyélectrolyte :

Dans ces essais réalisés aussi à l’aide du Jar-Test, nous avons obtenu une meilleure

clarification que celle obtenue par l’addition de 10 ml. La figure VI-3-2-1 affiche que la

turbidité est passée de 40 NTU à 1NTU, avec le sulfate d’aluminium.

On enregistre dans ce cas, sur la figure VI-3-2-3, une légère diminution du pH par

rapport à celui noté dans le premier essai, mais il reste dans l’intervalle de neutralité pour

tous les coagulants.


101

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

0

10

20

30

40

50

60

Tur

bidi

té

15 ml du coagulant choisix et différents volume du Polyélectrolyte

Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-2-1: Variation de la turbidité en fonction de la concentration du polyélectrolyte

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,60,000,020,040,060,080,100,120,140,160,180,200,220,240,26

Abs

orba

nce

des m

atiè

res e

n su

spen

sion

à 55

0 nm


Al2SO43 FeSO4 Fe2SO43

Figure VI-3-2-2: Variation de l'absorbance des MES en fonction des concentrations dupolyélectrolyte.


102

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

6,4

6,5

6,6

6,7

6,8

6,9

7,0

7,1

pH


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-2-3: Variation du pH en fonction de la concentration du polyélectrolyte

Les proportions en sels augmentent avec la teneur du polyélectrolyte (voir les figures VI-

3-2-3 et VI-3-2-4). La figure VI-3-2-6 illustre une légère réduction dans les courbes de

TAC, cela est due à l’effet du coagulant. Pour le titre hydrométrique, qui est indiqué sur

la figure VI-3-2-7, on ne voit pas de changement, juste quelques perturbations qui

peuvent être liées aux incertitudes de mesures ou aux erreurs de manipulations. Une

dégradation considérable dans les rapports des ions phosphates et de l’ammoniac est

exposée dans les figures VI-3-2-8 et VI-3-2-9. La figure VI-3-2-10 présente que la

concentration des ions chlorure ne change pas. Par contre, une meilleure élimination de la

matière organique est obtenue que dans le cas précédent.


103

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

380400420440460480500520540560580


Con

duct

ivité

Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-2-4: Variation de la conductivité en fonction de la concentration du polyélectrolyte

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,60

100

200

300

400

500


TD

S

Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3



104

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,62030405060708090

100110120

Titr

e al

calim

ètri

que

com

plet



Figure VI-3-2-6: Variation du TAC en fonction de la concentration du polyélectrolyte

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6220230240250260270280290300310320330340350360

Titr

e hy

drom

ètri

que


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-2-7: Variation du TH en fonction de la concentration du polyélectrolyte.


105

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

1,41,61,82,02,22,42,62,83,03,23,4

Ions

pho

spha

tes



Figure VI-3-2-8: Variation de la concentration du PO43- en fonction de la concentration du

polyélectrolyte

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,61

2

3

4

5

6

7

8

Am

mon

iac


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-2-9: Variation de la concentration de NH3 en fonction de la concentration dupolyélectrolyte


106

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,690

100110120130140150160170180190200

Ions

chl

orur

es


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-2-10: Variation de la concentration des ions Cl- en fonction des concentrations descoagulants

Nous avons également remarqué, sur les figures VI-3-2-11, VI-3-2-12 et VI-3-2-13, une

baisse de la DCO passant de 200ppm à 35 ppm, et une baisse de la DBO5, passant de 250

ppm à 40 ppm, ceci est confirmé par la chute de l’absorbance en UV à 254 nm, qui est

passée de 0,766 à 0,263.

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,60

50100150200250300350400450500

Dem

ande

chi

miq

ue e

n ox

ygèn

e


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-2-11: Variation de la DCO en fonction de la concentration du polyélectrolyte


107

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,60

50

100

150

200

250

300

350

Dem

ande

bio

logi

que

en o

xygè

ne


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-2-12: Variation de la DBO5 en fonction de la concentration du polyélectrolyte.

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,60,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Abs

orba

nce

de la

mat

ière

org

aniq

ues à

254

nm


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-2-13: Variation de l'absorbance à 254 nm de MO en fonction de la concentration dupolyélectrolyte

Cela due à la complexation de ces derniers dans les flocs formés lors de la coagulation

floculation d’où on a constaté que les flocs se forment et ce décante plus vite même leur

volume est plus grand.


108


polyélectrolyte

On écrit ici que toutes les courbes ont presque les mêmes allures et l’épuration est plus

efficace que celles due à l’introduction de 10 et 15 ml du coagulant. La turbidité et

l’absorbance des MES, qui sont indiquées sur les figures VI-3-3-1 et VI-3-3-2, présentent

une chute avec l’addition du 20 ml du clarifiant plus 0,3 ml du poly électrolyte, de 52 à

10 NTU, et de 0,158 à 0,016 (l’absorbance à 550).

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

0

10

20

30

40

50

60

Tur

bidi

té


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-3-1: Variation de la turbidité en fonction de la concentration du polyélectrolyte

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,60,000,020,040,060,080,100,120,140,160,180,200,220,240,26

Abs

orba

nce

des m

atiè

res e

n su

spen

sion

à 55

0 nm


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-3-2: Variation de l'absorbance des MES à 550nm en fonction de la concentration dupolyélectrolyte


109

La figure VI-3-3-3 présente les valeurs du pH, elles diminuent encore plus que celles

avec 15 ml, cela peut être expliqué par la diminution remarquée dans l’alcalinité

complète (voir la figure VI-3-3-4).

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

5,8

6,0

6,2

6,4

6,6

6,8

7,0pH


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-3-3: Variation du pH en fonction de la concentration du polyélectrolyte.

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6102030405060708090

100110120

Titr

e al

calim

ètri

que

com

plet


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-3-4: Variation du TAC en fonction de la concentration du polyélectrolyte.

On constate aussi, dans les figures VI-3-3-5 et VI-3-3-6, une légère diminution de la

conductivité ainsi que les TDS. Mais, dans les figures VI-3-3-7 et VI-3-3-8, on ne voit

pas une grande différence des valeurs des ions chlorures et du titre hydrométrique, tandis


110

que les figures VI-3-3-9 et VI-3-3-10, montrent que les proportions des ions phosphates

et de l’ammoniac se réduisent plus.

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6450452454456458460462464466468470472474476478480

Con

duct

ivité



Figure VI-3-3-5: Variation des Conductivité en fonction de la concentration du polyélectrolyte

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6378380382384386388390392394396398400402404

TDS


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3



111

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

90100110120130140150160170180190200

Ions

chl

orur

es


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-3-7: Variation de la concentration des ions Cl- en fonction de la concentration dupolyélectrolyte

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6180

200

220

240

260

280

Titr

e hy

drom

ètri

que


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-3-8: Variation du TH en fonction de la concentration du polyélectrolyte

Les matières organiques ont été éliminées presque à 90 % où la DBO5 atteint 45 ppm à

partir de 450 ppm et l’absorbance à 254 nm arrive à 0,274 de0, 892 (voir figures VI-3-3-

11, VI-3-3-12 et VI-3-3-13).


112

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,60

50100150200250300350400450500550

Dem

ande

chi

miq

ue e

n ox

ygèn

e


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-3-9: Variation de la DCO en fonction de la concentration du polyélectrolyte.

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,60

100

200

300

400

500

Dem

ande

bio

logi

que

en o

xygè

ne


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-3-10: Variation de la DBO en fonction de la concentration du polyélectrolyte


113

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,60,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Abs

orba

nce

de la

mat

ière

org

aniq

ues à

254

nm


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-3-3-11: Variation de l'absorbance des MO à 254 nm en fonction de la concentration dupolyélectrolyte.

Alors, nous avons conclu que le meilleur taux d’épuration est obtenu par l’addition du

polyélectrolyte avec le coagulant, plus la dose du coagulant et de l’adjuvant

(polyélectrolyte) augmente, plus l’efficacité du traitement augmente. Mais il faut bien

suivre et contrôler la turbidité pour éviter le phénomène de désorption, ainsi que le pH

pour garder le milieu neutre et assurer les bonnes conditions de la coagulation floculation.

VI.4 Efficacité des étapes d’épuration :

Après avoir déterminé les quantités convenables qu’il faut introduire en première phase

d’épuration (coagulation floculation), nous allons voir dans cette partie l’efficacité de

chaque étape de traitement avant et après combinaison avec d’autre phase, commençant

toujours par le traitement physicochimique qui est la station principale. Mais avant c’est

l’échantillon brut qui va être épuré sans subir une clarification puis on procède à une

coagulation chaque fois avec un des coagulants choisis plus le poly électrolyte :

VI.4.1 Efficacité des étapes d'épuration avant clarification

Concernant l'eau du bassin B1, après filtration de l’échantillon sur les trois colonnes

de sable l’eau est devenue claire car une grande quantité des MES est retenue entre les

grains de sable (voir figure VI-4-1-1), et c’est ce qu’on peut remarquer dans les valeurs


114

trouvées où on voit sur la figure VI-4-1-2 que la turbidité qui était de 34,5 NTU a baissé

jusqu’ à 9,38 NTU pour la colonne S1 ; 8,18 NTU pour la deuxième S2 et 7,72 NTU pour

la troisième S3.

B1 BruteB1+S1

B1+S2B1+S3

B1+TBB1+CHA

B1+TB+S3

B1+TB+CHA

B1+S3+CHA

B1+TB+S3+CHA ---0,02

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

Etapes d'épuration d'eau polluée brute avant clarification

A 5

50

Figure VI-4-1-1: Variation de l'absorbance des MES à550nm

B1 BruteB1+S1

B1+S2B1+S3

B1+TBB1+CHA

B1+TB+S3

B1+TB+CHA

B1+S3+CHA

B1+TB+S3+CHA ---5

0

5

10

15

20

25

30

35

Turb

idité


Figure VI-4-1-2: Variation de la turbidité


115

L’eau reste neutre (voir figure VI-4-1-3) et on enregistre aussi une diminution des teneurs

des autres paramètres TAC, Cl-, TH, NH3, PO43-…dont les résultats sont regroupés dans

l'ensemble des figures passant de VI-4-1-4 et VI-4-1-10.

B1 BruteB1+S1

B1+S2B1+S3

B1+TBB1+CHA

B1+TB+S3

B1+TB+CHA

B1+S3+CHA

B1+TB+S3+CHA --

7,0

7,2

7,4

7,6

7,8

8,0

pH


Figure VI-4-1-3: Variation du pH

B1 BruteB1+S1

B1+S2B1+S3

B1+TBB1+CHA

B1+TB+S3

B1+TB+CHA

B1+S3+CHA

B1+TB+S3+CHA --

0

200

400

600

800

1000

Con

duct

ivité


Figure VI-4-1-4: Variation de la conductivité


116

B1 BruteB1+S1

B1+S2B1+S3

B1+TBB1+CHA

B1+TB+S3

B1+TB+CHAB1+S3+CHA

B1+TB+S3+CHA --

100

200

300

400

500

600

700

800

TDS


Figure VI-4-1-5: Variation du TDS

B1 BruteB1+S1

B1+S2B1+S3

B1+TBB1+CHA

B1+TB+S3

B1+TB+CHA

B1+S3+CHA

B1+TB+S3+CHA --0

20

40

60

80

100

TAC


Figure VI-4-1-6: Variation du TAC


117

B1 BruteB1+S1

B1+S2B1+S3

B1+TBB1+CHA

B1+TB+S3

B1+TB+CHA

B1+S3+CHA

B1+TB+S3+CHA --0

50

100

150

200

250


TH

Figure VI-4-1-7: Variation du TH

B1 BruteB1+S1B1+S2

B1+S3B1+TB

B1+CHAB1+TB+S3

B1+TB+CHAB1+S3+CHA

B1+TB+S3+CHA --0

20

40

60

80

100

120

Cl-


Figure VI-4-1-8: Variation des ions chlorures


118

B1 BruteB1+S1

B1+S2B1+S3

B1+TBB1+CHA

B1+TB+S3

B1+TB+CHA

B1+S3+CHA

B1+TB+S3+CHA --

0

5

10

15

20

25

30

NH

3


Figure VI-4-1-9: Variation de l'ammoniac

B1 BruteB1+S1

B1+S2B1+S3

B1+TBB1+CHA

B1+TB+S3

B1+TB+CHA

B1+S3+CHA

B1+TB+S3+CHA --0

2

4

6

8

10


(PO

4)3-

Figure VI-4-1-10: variation du phosphate

On a aussi enregistré une dégradation de la matière organique où la DBO5 a passé de 250

ppm jusqu’à 30 ppm, la DCO a diminué jusqu’à la valeur 35,5 ppm et l'absorbance des

matières organiques atteint 0,108. Cette réduction des éléments polluants a lieu dans la

colonne S3 qui contient les couches de sable le plus fin, c'est-à-dire il y a eu une très

bonne filtration (voir les figures. VI-4-1-11, VI-4-1-12 et VI-4-1-13).


119

B1 BruteB1+S1

B1+S2B1+S3

B1+TBB1+CHA

B1+TB+S3

B1+TB+CHA

B1+S3+CHA

B1+TB+S3+CHA --

0

50

100

150

200


DC

O

Figure VI-4-1-11: Variation de la DCO

B1 BruteB1+S1

B1+S2B1+S3

B1+TBB1+CHA

B1+TB+S3

B1+TB+CHA

B1+S3+CHA

B1+TB+S3+CHA --

0

50

100

150

200

250


DB

O5

Figure VI-4-1-12: Variation de la DBO5


120

B1 BruteB1+S1

B1+S2B1+S3

B1+TBB1+CHA

B1+TB+S3

B1+TB+CHA

B1+S3+CHA

B1+TB+S3+CHA --

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7


A 2

54

Figure VI-4-1-13: Variation de l'absorbance à 254 nm

La distinction des résultats trouvés avant et après filtration montre, d’une part, qu’une

certaine quantité de polluants n’a pas été retenue par le sable. Théoriquement, le sable

laisse passer 20 % des MES contenues dans l’eau usée, sachant qu’il a une grande

capacité de fixer les anions et les cations mieux que le traitement physicochimique.

D’autre part c’est la quantité des micropolluants qu’on ne peut pas réduire par filtration

sur le charbon actif et les polluants organiques dissous dont la dégradation n’aura lieu

qu’après traitement biologique. La filtration sur sable aide aussi à éliminer la mauvaise

odeur des hydrocarbures contenus dans l’ERI.

· Le même échantillon brut est filtré sur charbon actif granulé, ici nous avons

constaté qu’il plus est efficace que le sable fin, où la turbidité diminue jusqu’ à

2,95 NTU, l’absorbance des MES atteint 0,026 (voir figures VI-4-1-1 et VI-4-1-

2) alors le CHA vient de fixer les particules colloïdales qui n’ont pas été retenues

par le sable et même les sels, les ions chlorures, calcium… ainsi que les matières

organiques dont on a eu une DBO5 égale à 15 ppm (une valeur inférieur à la

norme de rejet 40 ppm). Il ne faut pas oublier l’élimination complète des

mauvaises odeurs. Donc, la filtration ou l’adsorption sur charbon actif est une

phase indispensable dans l’épuration des ERI surtout si elles sont chargées de


121

matières organiques et de micropolluants, c’est pour ça, qu’ il est largement

utilisé dans les SETP.

· En plus de la filtration sur sable et sur le CHA, nous avons procédé à un

traitement biologique réalisé par aération de l’échantillon pendant 24 h avec

agitation et nous avons ajouté quelque ppm de Na3 (PO4) et (NH4)2SO4

phosphate trisodique comme source de phosphore et sulfate d’ammonium

comme source d’azote. La source de carbone est la matière organique polluante

dissoute, dont son élimination sert à l’épuration de l’eau : on remarque la

formation de boue le changement d’odeur de l’échantillon dont on se débarrasse

par décantation. L’analyse de l’échantillon traité montre une diminution

considérable des MES (voir la turbidité), une augmentation du pH, de la

conductivité, TDS, TAC, TH, NH3 et PO43- à cause des nutriments injectés en

plus ,il n y a pas eu lieu à la formation d’une phase anaérobie (pas de grand

volume de boue avec l’agitation continu qui assure une oxygénation de tout le

milieu). Mais on a pu réduire une grande proportion des matières organiques

dissoutes.

· Vu les résultats trouvés précédemment, nous avons combiné les étapes

d’épurations à la recherche d’une eau claire et nette de la manière suivante :

TB+S3, TB+CHA S3+CHA et TB+S3+CHA. En comparant les résultats

d’analyse portés sur les échantillons qui ont subi respectivement et

indépendamment un TB+S3, TB+CHA et S3+CHA on enregistre que le

TB+CHA garde un pH neutre et donne une dégradation considérable des MES,

ions phosphates, d’ammoniac et les matières organiques ; comme nous avons

déjà vu le traitement biologique et l’adsorption sur charbon actif sont les phases

d’épuration responsable de l’élimination des polluants cités. Mais avant de filtrer

l’échantillon sur sable on n’obtient pas un abaissement des sels, regardant

l’échantillon qui résulte du S3+CHA, on trouve qu’il contient une petite quantité

de sels dont une partie s’est fixée entre les grains de sable et autre partie s’est

retenue sur le CHA, en plus l’échantillon n’a pas eu un traitement biologique

c'est-à-dire pas d’injection de sel. Enfin un dernier échantillon vient de subir les


122

trois étapes d’épuration TB+S3+CHA, c’est l’échantillon le plus claire et le plus

pur avec une turbidité de 0,1 NTU, DCO égale à 8 ppm et le DBO5 4 ppm. Alors

on peut arriver à un taux d’épuration supérieur à 95 % si on commence

l’épuration par la clarification (coagulation floculation) qui seul élimine 90 %

des polluants en plus elle préserve les installations en aval des problèmes de

disfonctionnement un grand volume de boue dans le bassin biologique et le

décanteur secondaire et le colmatage de filtres de sable et de CHA qui conduit au

lavage répété qui minimise leur efficacité.

· Prélevant maintenant trois autres échantillons qui ont été traités comme

l’échantillon préexistant, mais nous avons commencé par l’étape de clarification,

dont le premier sera traité par le Al2 (SO4)3, le second par le FeSO4 et le dernier

par le Fe2 (SO4)3. Ensuite, la phase de clarification va être combinée avec les

autres phases deux par deux jusqu’à succession de toutes les phases ensemble.

Nous avons constaté que chaque phase d’épuration élimine un certain type de

polluants pour arriver à la qualité demandée, sauf que le taux dépuration s’élève

après la purification, par exemple la turbidité de56, 1 à 1,27 après coagulation et

0,2 à la fin c'est-à-dire presque une élimination totale des MES et une

dégradation complète des matières organiques et 80 % des ions chlorures avant

d’atteindre la phase finale.

· En comparant la qualité des échantillons obtenus en fin de traitement on trouve

que l’eau la plus claire est celle traitée par le sulfate d’aluminium, tandis que le

sulfate de fer dégrade mieux les matières organiques.

VI.5 Optimisation des proportions de l’eau de barrage :

Les études précédentes nous ont mené à avoir une eau de bonne qualité

(transparente, inodore, absence de matière organique et pas plus de 20 ppm des ions

chlorures). C'est-à-dire qu’elle peut être rejetée à la mer sans causer des déséquilibres

environnementaux.

Les résultats des analyses de l’eau épurée ont montré qu’elle est corrosive, celle du

barrage exprime son caractère entartrant (voir figure). Pour remédier aux problèmes


123

rencontrés dans la tour, la recherche d’une eau équilibrée est nécessaire pour la protection

du circuit.

Nous avons préparé différentes proportions d’eau de barrage et d’eau épurée allons de 10

% d’eau épurée et 90 % d’eau de barrage à 90 %d’eau épurée et 10 % d’eau de barrage.

Nous avons vérifié tous les paramètres nécessaires à l’analyse et nous avons calculé de

nouveau les indices de saturation et de stabilité. Les résultats rassemblés ci-dessous dans

des figures allant de VI-5-1 jusqu'à VI-5-14, ont montré que les mélanges dont les

proportions en eau épurée dépassent celles de l’eau de barrage ont un caractère corrosif,

alors que les mélanges dont la quantité d’eau de barrage est plus importante que celle de

l’eau épurée développent un caractère entartrant. Vu les valeurs des indices de saturation

et de stabilité, nous avons pu constater que les pourcentages optimales qui donnent une

eau équilibrée sont (40+60), (50+50) et (60+40) % (eau épurée + eau de barrage). Il faut

noter que cette eau va encore subir un traitement adéquat avant qu’elle parcourt son

itinéraire habituel de refroidissement.

eau ép

urée

eau de c

adat

(10+90)

%

(20+80)

%

(30+40)

%

(40+30)

%

(50+50)

%

(60+40)

%

(70+30)

%

(80+20)

%

(90+10)

% --

0

2

4

6

8

10

Turb

idité

pourcentage de l'eau épurée par lecoagulant choisis et l'eau de cadat (%)

Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-5-1: Variation de la turbidité


124

eau ép

urée

eau de cadat

(10+90)

%

(20+80) %

(30+40)

%

(40+30) %

(50+50)

%

(60+40) %

(70+30)

%

(80+20) %

(90+10) % --

0,000

0,002

0,004

0,006

0,008

0,010

0,012

0,014

Abs

orba

nce

des m

atiè

res e

n su

spen

sion

à 55

0 nm



Figure VI-5-2: Variation de l'absorbance des MES à 550 nm

eau épurée

eau de cadat

(10+90) %

(20+80) %

(30+40) %

(40+30) %

(50+50) %

(60+40) %

(70+30) %

(80+20) %

(90+10) % --

7,4

7,5

7,6

7,7

7,8

7,9

8,0

8,1

8,2

8,3

pH


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-5-3: Variation du pH


125

eau ép

urée

eau de c

adat

(10+90) %

(20+80) %

(30+40) %

(40+30) %

(50+50) %

(60+40) %

(70+30) %

(80+20) %

(90+10) %--

250

300

350400

450

500

550

600650

700


Con

duct

ivité

Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-5-4 : Variation de la conductivité

eau ép

urée

eau de ca

dat

(10+90)

%

(20+80)

%

(30+40)

%

(40+30)

%

(50+50)

%

(60+40)

%

(70+30)

%

(80+20)

%

(90+10)

% --250

300

350

400

450

500

550

600

650

700


TDS

Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-5-5: Variation du TDS


126

eau épurée

eau de cadat

(10+90) %

(20+80) %

(30+40) %

(40+30) %

(50+50) %

(60+40) %

(70+30) %

(80+20) %

(90+10) % --

6080

100120140160180200220240260280

Titr

e hy

drom

ètri

que



Figure VI-5-6: Variation du TH

eau épurée

eau de cadat

(10+90) %

(20+80) %

(30+40) %

(40+30) %

(50+50) %

(60+40) %

(70+30) %

(80+20) %

(90+10)

% --0

20

40

60

80

100

120

140

160

Titr

e al

calim

ètri

que

com

plet


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-5-7: Variation du TAC


127

eau épurée

eau de cadat

(10+90) %

(20+80) %

(30+40) %

(40+30) %

(50+50) %

(60+40) %

(70+30) %

(80+20) %

(90+10) % --

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Ions

cal

cium


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-5-8: Variation du TH Ca2+

eau épurée

eau de cadat

(10+90) %

(20+80) %

(30+40)

%

(40+30) %

(50+50) %

(60+40)

%

(70+30) %

(80+20) %

(90+10) % --

253035404550556065707580859095

Ions

mag

nésiu

m


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-5-9: Variation du TH Mg2+


128

eau ép

urée

eau de c

adat

(10+90) %

(20+80) %

(30+40) %

(40+30)

%

(50+50) %

(60+40)

%

(70+30)

%

(80+20)

%

(90+10)

% --

0

10

20

30

40

50

60

70

Ions

chl

orur

es


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-5-10: Variation de la concentration des ions Cl-

eau épurée

eau de cadat

(10+90) %

(20+80) %

(30+40) %

(40+30) %

(50+50) %

(60+40) %

(70+30) %

(80+20) %

(90+10) % --

0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,0

Silic

e


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-5-11: variation de la concentration de la silice


129

eau ép

urée

eau de c

adat

(10+90) %

(20+80)

%

(30+40)

%

(40+30)

%

(50+50)

%

(60+40) %

(70+30)

%

(80+20) %

(90+10)

% --0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Fer t

otal


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-5-12: Variation de la concentration du fer total

eau épurée

eau de cadat

(10+90) %

(20+80) %

(30+40) %

(40+30) %

(50+50) %

(60+40) %

(70+30) %

(80+20) %

(90+10) % --

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

Indi

ce d

e K

MnO

4


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-5-13: Variation de l'indice de KMnO4


130

eau épurée

eau de cad

at

(10+90) %

(20+80) %

(30+40) %

(40+30) %

(50+50) %

(60+40) %

(70+30) %

(80+20) %

(90+10) % --

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Abs

orba

nce

de la

mat

ière

org

aniq

ues à

254

nm


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-5-14: Variation de l'absorbance des MO à 254 nm

eau épurée

eau de cadat

(10+90) %

(20+80) %

(30+40) %

(40+30) %

(50+50) %

(60+40) %

(70+30) %

(80+20) %

(90+10) % ---1,2-1,0-0,8-0,6-0,4-0,20,00,20,40,60,81,0

Indi

ce d

e Sa

tura

tion

(Lan

gelie

r)


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-5-15 : Variation de l'indice de saturation


131

eau ép

urée

eau de c

adat

(10+90

) %

(20+8

0) %

(30+40

) %

(40+3

0) %

(50+50

) %

(60+4

0) %

(70+30

) %

(80+2

0) %

(90+10

) % --6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

Indi

ce d

e St

abili

té (R

YSN

ER)


Al2(SO

4)3

FeSO4

Fe2(SO

4)3

Figure VI-5- 16: Variation de l'indice de stabilité

Conclusion générale


132


La réutilisation des eaux résiduaires après leur épuration à des fins

domestiques, agricoles ou industrielles est devenue l'une des solutions qui peut

répondre aux problèmes de pénurie de l’eau dans le monde, et les besoins croissants

en cette matière.

Dans ce contexte cette étude a pour objectif principal l'amélioration de la

qualité des eaux usées traitées au niveau de la STEP de la raffinerie de Skikda dans le

but de leur réutilisation comme eau d'appoint dans la tour de refroidissement du

complexe.

L'eau recyclée dans les circuits de refroidissement doit répondre à certaines

normes dont dépond le choix des phases d'épuration ou le traitement que subit l'eau

polluée. Pour répondre à cette problématique, cette étude a été développée selon les

axes suivants:

· Suivi de la qualité des eaux traitées au niveau de la STEP;

· Localisation des problèmes de la STEP;

· Réalisation des essais à l'échelle du laboratoire pour résoudre les

problèmes rencontrés et par conséquent améliorer la qualité des eaux

traitées.

L'analyse des échantillons prélevés avant et après épuration effectuée à

l'échelle du laboratoire et portant sur plusieurs paramètres nous a permis de constater

que la station d'épuration est en disfonctionnement. En effet, le diagnostic primaire de

l'eau usée nous a amené à localiser les problèmes de la STEP pour mieux choisir les

quantités des produits à injecter lors de la coagulation, afin d’assurer une bonne

clarification avec le moindre coût. Alors on peut dire que la coagulation floculation

est l’étape principale du processus de dépollution des ERI et elle est plus efficace avec

le sulfate d'aluminium, dont la concentration de ce dernier influe sur le pH et la

turbidité ainsi que les autres paramètres analysés.

Après épuration, l'eau présente un caractère agressif, au moment où l'eau de

barrage qui est utilisée comme eau d'appoint dans la tour de refroidissement est

entartrante. Leur mélange avec différentes proportions permet de chercher une eau

équilibrée qui peut alimenter la tour sans causer de problèmes de corrosion,


133

d'entartrage ou même d'encrassement biologique. Les valeurs des indices de saturation

et de stabilité nous montrent les proportions du mélange (eau épurée + eau de barrage)

convenable au recyclage d’ERI comme eau d’appoint pour le circuit de

refroidissement.

L'épuration réalisée à l'échelle du laboratoire, au cours de cette étude, peut être

appliquée à l'échelle industrielle sur la STEP en question, après avoir rectifié les

problèmes de dysfonctionnement ce qui nécessite une réhabilitation de cette dernière.

Cela consiste à:

L'amélioration de la fiabilité qui comporte l'évacuation régulière des boues,

la maîtrise des débits et la diminution des charges massiques des décanteurs;

pour éviter le dysfonctionnement de la station ainsi que le renforcement des

moyens électromécaniques.

La modernisation de l'exploitation par le remplacement des anciens

équipements par d'autres plus moderne et le renforcement des moyens de

contrôle et de mesure.

L'amélioration du niveau d’épuration par l'affinage des eaux épurées dont

il s'agit d'obtenir une élimination plus performante des MES, de la DCO et de

la DBO5.

La réhabilitation offre l'opportunité pour un examen approfondi de tous les

aspects liés à une exploitation et une gestion rigoureuse d'une station souvent même

lorsqu'elle est bien conçue et bien dimensionnée.

Références bibliographiques

134

Références bibliographiques

[1] A. MIZI. Traitement des eaux de rejets d'une raffinerie des corps gras région de

BEJAIA et valorisation des déchets oléicoles. Thèse de doctorat. Université de Badji

Mokhtar. ANNABA. 2006.

[2] Traité l'environnement. Technique de l'ingénieur. Volume G1210.

[3] Emilian Koller. Traitement des pollutions industrielles: Eau, Air, Déchets, Sols,

Boues. DUNOD. PARIS. Avril 2004.

[4] F. LARKEM et S. BACEL. Traitements des eaux usées "effluents" de la raffinerie

de SKIKDA. Mémoire d'ingénieur.Université de CONSTANTINE. 2005.

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HASSAN II. RABAT. ROYAUME du MAROC. 2003.

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