ETUDE COMPARATIVE DE DEUX TECHNIQUES D’EPURATION DES EAUX USEES pdfSOUS UN MILIEU ARIDE (LAGUNAGE AERE ET PHYTO-EPURATION) Cas de la Wilaya de OUARGLA

BACHI O.E.1, 2, HALILAT M.T.1 et BISSATI S.1

 

1.       Université Kasdi Merbah, Ouargla, Laboratoire de bio-ressources saharienne : Préservation et Valorisation,.

2.      Centre de Recherche Scientifique et Technique sur les Région Arides, Biskra-station de milieu Biophysique de Touggourt-Ouargla, Algérie.

 

 

Résumé: Le présent travail, consiste à analyser les résultats d’une année, dans deux stations d’épuration des eaux usées de la région de Ouargla (STEP par lagunage aéré de Saïd Otba et la STEP par phyto-épuration de Témacine). Les prélèvements ont été effectués mensuellement et réalisés au niveau du laboratoire de chaque station. Les résultats montrent une efficacité des deux techniques, mais avec des valeurs contrastes ; les résultats obtenus pour les eaux traitées par phyto-épuration, étaient plus proches aux normes de rejets que ceux de la station d’épuration par lagunage aéré. L’efficacité était notée dans l’élimination des MES : 93,84 % dans la station de phyto-épuration et 92,82 % dans la station de lagunage aéré ; ainsi que dans la réduction de la DCO et la DBO5, où nous avons enregistré des valeurs de rendement, comprises entre 82,580 % et 90,288 % et entre 71,848 % et 80,864 % pour la DCO dans la station de phyto-épuration et dans la station de lagunage respectivement ; pour la DBO5, nous avons obtenu un pourcentage maximal de 93,898 % dans la station de phyto-épuration.

 

Mots clé : lagunage aéré, phyto-épuration, comparaison, milieu aride, rendement.

 

COMPARATIVE STUDY OF TWO PROCESSES OF WASTEWATER TREATMENT UNDER AN ENVIRONMENT (AERATED LAGOON AND PLANTED FILTERING BEDS) CASE OF OUARGLA.

 

Abstract: The present study consists in analyzing quality of wastewater (before and after treatment) of two treatment stations: the first one is installed in Temacine and uses treatment by standing bed of plants and the second one is installed in Said Otba and uses treatment by aerated lagoon. Analyses of different parameters were done at the laboratory of each station. To facilitate the study of the results, we used the seasonal averages of every parameter. Results showed efficiency of both processes but with an advantage for the process of treatment by standing bed of plants. The values registered in this process go with Algerian standards compared to those obtained by process of treatment by aerated lagoon. The most important parameter, which showed the efficiency of both processes, was elimination of suspended solids (SS). The elimination of SS in the station of treatment by standing bed of plants and in the station of treatment by lagoon were successively 93,84 % and 92,82%. For COD, rates of efficiency were: (i) from 82,580 % to 90,288 % for standing bed of plants process and (ii) from 71,848 % to 80,864 % for lagoon process. Concerning BOD5, the maximal rate of elimination (93,898 %) was registered in the station of treatment by standing bed of plants.

Keywords: wastewater, lagoon, standing bed of plants, treatment, efficiency, arid environment.

Introduction

Aujourd'hui, un tiers de l'humanité vit dans une situation dite de « stress hydrique », avec moins de 1700 mètres cubes d'eau douce disponibles par habitant et par an. L'eau douce est donc une denrée rare [1].

Cette raréfaction des ressources en eau dans le monde a conduit les pays à se tourner vers des modes d’approvisionnement alternatifs, tel que la réutilisation des eaux usées traitées dans l’irrigation.

Dans nos régions arides, le contexte climatique est caractérisé par des sécheresses récurrentes, les eaux usées peuvent constituer une ressource en eau non négligeable, pouvant être réutilisée de façon bénéfique, en agriculture notamment. Cette réutilisation exige, toutefois, la maîtrise des problèmes relatifs à la santé publique et à l’environnement.

Pour cela, ces eaux usées qu’elles soient, industrielles ou ménagères ne devraient pas être directement réutilisées ou rejetées dans le milieu naturel, elles devraient être dirigées vers des stations d’épuration afin d’obtenir une eau épurée répondant à des normes bien précises.

Néanmoins, pour avoir des bons résultats, conformes aux normes de rejets ou à celles d’irrigation, il faut choisir une technique d’épuration efficace, économique et qui respecte l’environnement. Pour cela, nous avons étudié la qualité des eaux usées épurées issues de deux stations d’épuration avec deux techniques différentes dans la wilaya de Ouargla afin de ressortir la plus efficace.  

1. Matériel et méthodes

1.1 Présentation des sites d’étude

Nos sites d’étude se situent dans la wilaya de Ouargla (Sud-est algérien) (Figure 1), nous avons choisi deux stations d’épuration des eaux usées qui se basent sur des procédés naturels, la première est une station de lagunage aéré située à Saïd Ôtba à Ouargla (Figure 2) ; la deuxième est la station de phyto-épuration de TEMACINE (Figure 3)  qui est une commune de la wilaya de Ouargla. 

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1.2 Analyses effectuées

Nos analyses sont basées sur les résultats d’une année (2012). Les prélèvements ont été effectués mensuellement ; mais pour l’étude on a pris les moyennes de chaque trois mois (chaque valeur moyenne d’un paramètre représente une saison). Les paramètres étudiés sont représentés dans le tableau 1.

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2. Résultats et discussion

2.1 Variation spatio-temporelle de la température 

Les résultats de la température des eaux obtenus, pour la station de phyto-épuration de Témacine et ceux de la station de lagunage de Said Otba, sont conformes aux normes algériennes de rejet et à celles de l’OMS (<30°C) [3] (figure 4).Une exception a été remarquée pour la période estivale où la température de l’eau à la sortie de la station dépasse 30°C. Cette augmentation remarquable de la température de l’eau est due aux valeurs de température de l’air qui atteignent les 50°C. Il est intéressant de signaler qu’à l’entrée de cette station de phyto-épuration, la température de l’eau, dans la période estivale, était de l’ordre de 33° C.  

E PHY : entrée de la station de phyto-épuration S PHY : sortie de la station de phyto-épuration

E LAG : entrée de la station de lagunage S LAG : sortie de la station de lagunage.

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2.2 Variation spatio-temporelle du pH

Les moyennes des valeurs du pH des eaux usées brutes et épurées des deux stations sont relativement neutres (figure 5). Elles varient entre 7,03 et 7,87 à l’entrée de la station de pyto-épuration et entre 6,753 et 7,657 à sa sortie, pour la station de lagunage, nous avons enregistrées des moyennes qui varient entre 7,55 et 8,41 en amont et entre 7,680 et 8,083 en aval de la station, Ces résultats sont acceptables selon les normes algériennes de rejets (6,5 – 8,5) [3],et sont conformes aux directives de la qualité des eaux destinées à l’irrigation recommandés par la FAO (6,5 – 8,5) [4].

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2.3 Variation spatio-temporelle de la conductivité électrique (CE)

La salinité est éventuellement le paramètre simple le plus important, qui détermine le système de culture et la gestion des terres irriguées avec l'eau usée [4].

Les valeurs moyennes de la conductivité électrique (CE) obtenues (Figure 6) mettent en évidence la minéralisation très importante des eaux usées, avec la valeur la plus élevée de 10,01 ds/cm en amont de la station de lagunage. A la sortie, nous avons remarqué qu’il n’y avait pas une grande différence. Une exception a été remarquée dans la période estivale où les valeurs à la sortie de deux stations ont augmenté par rapport à l’entrée, 10,800 ds/cm et 4,803 ds/cm ont été enregistrés dans les eaux de la station de lagunage et celle de phyto-épuration respectivement. Cela est dû aux fortes évaporations causées par des fortes températures de l’air [5].

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2.4 Variation spatio-temporelle des matières en suspension (MES)

Théoriquement, ce sont les matières qui ne sont ni solubilisées, ni à l'état colloïdal. Les matières en suspension comportent des matières organiques et des matières minérales. Toutes les MES ne sont pas décantables, en particulier les colloïdes retenus par filtration [6].

Les valeurs moyennes des MES à l’entrée des deux stations étaient distinctes : une valeur maximale de 386,833 mg/l dans la station de phyto-épuration et de 750,02 mg/l dans la station de lagunage (Figure 7). Cette différence montre la distinction de composition des eaux. A la sortie nous avons enregistrés des valeurs qui oscillent entre 23,833 mg/l et 29,333 mg/l pour la station de phyto-épuration, cela montre l’efficacité de ce système dans la réduction des MES, car ces résultats sont conformes aux normes algériennes des rejets 35 mg/l [3], et sont proches des résultats obtenus par CATTIN [7], qui sont de l’ordre de 22mg/l. Cependant à la sortie de la station de lagunage, les valeurs varient entre 53,360 mg/l et 65,8 mg/l et elles sont supérieures aux normes.

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2.5 Variation spatio-temporelle de la demande chimique en oxygène (DCO)

La DCO est la quantité effective d’oxygène, nécessaire pour oxyder dans les conditions opératoires définies, les matières organiques présentes dans un échantillon donné [8]. Les concentrations de DCO obtenus dans les deux stations (Figure 8) sont conformes aux normes algériennes de rejets 120 mg/l [3]et aux normes de rejets de l’OMS (90 mg/l) [9]. Cependant, en comparant ces valeurs à celles préconisées par l’OMS pour les eaux d’irrigation (< 40 mg/l), nous apercevons que les eaux épurées venant de la station de lagunage de Said Otba présentent des valeurs de DCO qui sont supérieures aux normes, dont la valeur minimale était de 53,360 mg/l.

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2.6 Variation spatio-temporelle de la demande biochimique en oxygène (DBO5)

Selon REJSEK [10], la demande biochimique en oxygène après 5 jours (DBO5) d’un échantillon est la quantité d’oxygène consommé par les microorganismes aérobies présents dans cet échantillon pour l’oxydation biochimique des composés organiques et/ou inorganiques.

Pour la DBO5 des eaux dans les deux stations (Figure 9), les valeurs moyennes à la sortie ne dépassent pas 27,333 mg/l dans la station de phyto-épuration de Témacine et 27,967 mg/l dans la station de lagunage de Said Otba. Ces chiffres sont compatibles avec la valeur de rejet recommandée par les autorités algériennes (35 mg/l), et celle de l’OMS (30 mg/l) [3] [9].

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Les matières organiques dissoutes et en suspension sont donc en faible concentration à la sortie des deux stations. Car une grande charge en matières organiques entraînera un développement de micro-organismes aérobies et provoquera une chute de l'oxygène dissous dans le milieu récepteur et conduisant à l'asphyxie des espèces présentes [11]

2.7 Pollution azotée (NO3- et NO2-)

L’azote est présent dans les effluents sous différentes formes : azote organique, azote ammoniacal (ammoniac NH3, ion ammonium NH4 +), nitrates (NO3 -), nitrites (NO2 -) [12].

Les teneurs moyennes en nitrates (Figure 10) et en nitrites (Figure 11)dans l’effluent brutes et l’eau épurées des deux stations sont conformes aux normes mondiales de rejet et d’irrigation préconisées par l’OMS (nitrates<50 mg/l et nitrites<1 mg/l) [9].

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Les faibles teneurs en nitrates au niveau des eaux brutes sont probablement dues au fait que l’azote contenu dans les eaux résiduaires domestiques a essentiellement une origine humaine. On estime environ 13g/jour d’azote rejeté par un être humain adulte, sous forme essentiellement organique, présent dans l’urine [13]. Selon POTELON et ZYSMAN[14], les nitrites présentent une forme transitoire instable lors de la nitrification ou la dénitrification, leur présence dans le milieu naturel est faible.

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2.8 Variation spatio-temporelle du PO43-

Les variations des phosphates (Figure 12) présentent de fortes concentrations à l’entrée des deux stations, avec un pic de 22,15 mg/l au printemps dans la station de phyto-épuration et une valeur maximale de 6, 40 mg/l a été enregistrée dans la station de lagunage, ceci est dû aux rejets domestiques. Selon FESTY et al. [15], les phosphates proviennent des lessivages. Ils participent en première ligne au processus d’eutrophisation, phénomène aux conséquences environnementales (développements algaux) et sanitaires (libération de toxines algales).

A la sortie des deux stations, nous avons remarqué une diminution des chiffres. Ils sont comprises entre 0,767 mg/l et 4,467 mg/l à la sortie de la station de phyto-épuration et entre 1,252 mg/l et 5,977 mg/l à celle de la station de lagunage. Néanmoins, ces valeurs restent supérieures à celle de la norme exigée par l’OMS pour les eaux d’irrigation (<0,94 mg/l) [9]

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2.9 Comparaison des rendements

D’après les rendements calculés et représentés dans le tableau 2 des paramètres MES, DCO et DBO5 pour les deux stations, nous avons enregistré des valeurs d’abattement des MES> 90% les chiffres se rapprochent,pour la DCO, les valeurs comprises entre 82,580 % et 90,288 % et entre 71,848 % et 80,864 % dans la station de phyto-épuration et dans la station de lagunage respectivement, tandis que pour la DBO5, nous avons obtenu un pourcentage maximal de 93,898 % dans la station de phyto-épuration.

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Conclusion

Les résultats décrits dans ce travail de recherche, montrent que les deux procédés d’épuration étudiés n’ont pas pu réduire la salinité des eaux usées. Cette salinité est favorisée par l’évaporation, notamment dans la période estivale. Pour les matières en suspension, on a constaté une bonne élimination de ces dernières dans les deux systèmes.

La station de phyto-épuration de Témacine donne des bons résultats dans la diminution de la pollution azotée et présente des rendements significatifs de la DCO et de la DBO5 que ceux de la station de lagunage.

Pour les phosphates, nous avons obtenus une diminution remarquable dans les eaux des deux stations notamment au niveau de la station de phyto-épuration, mais les chiffres restent supérieurs aux normes de rejets et d’irrigation.

A travers ces résultats, nous concluions que le procédés de phyto-épuration est plus efficace que le lagunage aéré, ainsi, nous pouvons rajouter que :

La phyto-épuration s’intègre parfaitement au paysage, sans nuisance visuelle, sonore ou olfactive pour les riverains, sans problème de stockage et de traitement de boues.

Son coût d’investissement assez faible et largement inférieur à celui d’une station de lagunage aéré ou d’épuration classique.

Elle a un faible cout de fonctionnement. Une pente naturelle suffisante permet de fonctionner sans apport d’énergie extérieure.

Donc, nous recommandons : (a) L’installation d’autres stations d’épuration par les plantes (système WWG), en zones sahariennes, pouvant servir à l’irrigation des palmeraies ;(b) l’augmentation du nombre de bassin (2 à 3), en organisant l’installation des plantes selon leur degré de tolérance aux polluants et à la salinité (les plus résistantes dans le premier bassin et les moins tolérantes dans le dernier) et (c) dans le cas où la salinité reste élevée, installer des cultures hautement tolérantes à la salinité (par exemple le Palmier dattier).

Références bibliographiques

[1] ESFI, 2014 : les problèmes de l’eau dans le monde, lettre d’information sur l’eau dans le monde de l’association de l’eau sans frontières internationales, janvier 2014.

[2]CARTOGRAF ,2015 : http://www.cartograf.fr/les-pays-algerie.php

[3] JORA, 1993 : JOURNAL OFFICIEL DE LA REPUBLIQUE ALGERIENNE (1993)-Annexe des valeurs limites maximales des paramètres de rejet des installations de déversement industrielles, n°46, pp 7.

[4] FAO, 2003 : L'irrigation avec des eaux usées traitées : Manuel d'utilisation, pp 73

[5] NEZLI I., ACHOUR S., DJABRI L., 2007 : approche géochimique des processus d’acquisition de la salinité des eaux de la nappe phréatique de la basse vallée de L’Oued M’YA (OUARGLA). LARHYSS Journal, 6 décembre, pp. 121-134.

[6]LADJEL F. et BOUCHEFER S., 2005 : Exploitation d’une station d’épuration à Boues activées Niveau II. ONA, 72 p.

[7] CATTIN F., 2005: Wastewater Gardens (WWG) planetary coral reef foundation, Institute of echotecnics, 24p.

[8] MOLL D., 2002 : Rapport sur les paramètres d’analyses de la pollution des eaux, 4p.

[9] OMS, 1989 : L’utilisation des eaux usées en agriculture et aquiculture : recommandations avisées sanitaires. Organisation Mondiale de la Santé, Genève, pp 17-60. Édition naturelle, p. 249.

[10]REJSEK F., 2002 : Analyse de l’eau (Aspects réglementaires et techniques). Ed, Collection biologie technique, 360 p.

[11]ZEGAOULA W., KHELLAF N., 2014 : évaluation du degré de pollution des rejets liquides et atmosphériques du complexe Fertial- Annaba(ALGERIE). Larhyss Journal, 6 Juin, pp. 77-91

[12] KOLLER E., 2004 : Traitement des pollutions industrielles. Eau – air – déchêts – sols – boues. Prais, Dunod, pp 424.

[13] CHOCAT B., 1997 : Encyclopédie de l’hydrologie urbaine et assainissement. Edition

Techniques et documentations, Paris, pp1124.

[14] POTELON, J.-L., ZYSMAN, K. , 1998 : Le guide des analyses de l'eau potable.

[15] FESTY et al. 2003 : Qualité de l’eau. Édition Tec & Doc, p. 37.