L’évaluation de l’efficacité du traitement des eaux usées

L’évaluation de l’efficacité du traitement des eaux usées

République algérienne démocratique et populaire

Ministère de l’enseignement supérieur e de la recherche scientifique

Université Djilali Liabes

Faculté des sciences de la nature et de la vie

Département des sciences de l’environnement

Mémoire De fin d’étude pour l’obtention du Diplôme de Master en Génie Biologique

Spécialité : Pollution et Environnement

Intitulé du thème :

Contribution à l’évaluation de l’efficacité du traitement des eaux usées domestiques de la station d’épuration à boues activées de la ville de SBA

Présenté par :

Mr. AKOLI IKAMA Junior Mr. ITOUA Sachel Andréas

Mémoire soutenue devant l’honorable jury composé de :

Président du jury : Mr. AMAR Youcef (Prof. UDL SBA)

Examinateur : Mme LEBID Sara (M.A.B UDL SBA)

Encadreur : Mme CHADLI Amina (M.A.A UDL SBA)

Année universitaire:

2014 – 2015 Session : « Juin »

Remerciements

Dédicaces

La station d’épuration permet le traitement ou l’épuration des eaux usées, elle a pour objectif de rejeter dans le milieu naturel des eaux d’une qualité suffisante qui ne pourrait altérer que le moins possible le milieu récepteur en empêchant le phénomène d’eutrophisation qui engendre la prolifération des algues et des bactéries qui peuvent causer des maladies graves.

Elle garantie la protection de l’environnement, la préservation des écosystèmes, la biodiversité en général et de la biodiversité aquatique en particulier ainsi que la santé publique. Ces eaux doivent répondre aux normes de qualité fixées par les autorités responsables de la gestion des ressources en eau.

Ce travail tente de mettre lumière par rapport aux stations d’épuration des eaux usées domestiques, nous nous sommes intéressés particulièrement à l’évaluation de l’efficacité du traitement de la station d’épuration des eaux usées de la ville de Sidi Bel Abbes, par des analyses physico-chimique : la température, le pH, la turbidité, la conductivité, la DBO5, la DCO, MES, les teneurs en Phosphates, nitrates, nitrites et azote ammoniacale des eaux usées avant et après le traitement et en suite la comparaison des résultats aux normes mondiales et algériennes de rejets des eaux usées.

Les résultats obtenus montre qu’il ya une amélioration de la qualité des eaux usées après le traitement ce qui s’explique par les valeurs du taux d’épuration des trois mois aux quels nous avons travaillé à savoir 93,40% pour le mois de Janvier, 94,95% pour le mois de Février, et 94,41% pour le mois de Mars, nous remarquons l’efficacité des différents types traitement de la Station d’épuration par des valeurs élevées dépassant les 90%.

Pollution; Eaux usées ; Station d’épuration; Traitement ; Evaluation; Efficacité; Sidi Bel Abbes; Analyse Physico-chimique; Normes.

Pollution is contamination by chemicals, organic or radioactive altering the human health, quality of life or the natural functioning of ecosystems, environmental degradation.

Water consumption leads and generates a considerable amount of waste water that degrade receiving waters for this treatment of this water has become a realistic option.

The treatment plant by its different treatment allows the treatment or wastewater treatment, it aims to discharge into the natural environment of water of sufficient quality that could alter as little as possible the receiving environment by preventing the eutrophication which causes the proliferation of algae and bacteria that can cause serious illness.

It guarantees the protection of the environment, conservation of ecosystems, biodiversity in general and especially aquatic biodiversity and public health. This water must meet the quality standards set by the authorities responsible for water resources management.

This work attempts to light compared to treatment plants of domestic wastewater, we focused particularly on evaluating the effectiveness of treatment of the wastewater treatment plant wastewater in the city of Sidi Bel Abbes, by physicochemical analyzes: temperature, pH, turbidity, conductivity, BOD5, COD, suspended solids, the levels of phosphates, nitrates, nitrites and ammonia nitrogen from wastewater before and after treatment and the following comparing results to global standards and Algerian wastewater discharges.

The results shows that there is an improvement in the quality of wastewater after treatment which reflects the values of the purification rate of the three months in which we have worked ie 93.40% for the month of January 94.95% for the month of February, and 94.41% for the month of March, we see the effectiveness of different treatment of the wastewater treatment station by high values exceeding 90%.

Keywords: pollution; Wastewater treatment plant; Treatment; protection; preservation; Evaluation; efficiency; Sidi Bel Abbes; Physico-chemical analysis; Standards.

Liste des figures

Figure 1 : Nature de la pollution des eaux 14
Figure 2 : Les différentes filières d’épuration pour les eaux usées domestiques 24
Figure 3: Schéma de fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées 25
Figure 4: Schéma du traitement biologique aérobie à boue activée 31
Figure 5 : Schéma du système recirculé et du système immergé 32
Figure 6: principaux cycles biologiques se développant dans la lagune facultative 33
Figure 7 : Ensemble des réactions de réduction de l’azote 35
Figure 8 : Schéma d’un système d’ozonation 38
Figure 9 : Variation du pH de l’eau brute et l’eau épurée de la STEP de la ville de SBA 66
Figure 10 : Variation de la Température de l’eau brute et l’eau épurée de la STEP de la ville de SBA 68
Figure 11 : Variation de la turbidité de l’eau brute et l’eau épurée de la STEP de la ville de SBA 70
Figure 12 : Variation de la conductivité de l’eau brute et l’eau épurée de la STEP de la ville de SBA 71
Figure 13 : Variation des Matières en suspension (MES) de l’eau brute et l’eau épurée de la STEP de la ville de SBA 72
Figure 14: Variation de la Demande Biochimique en Oxygène (DBO5) de la STEP de la ville de SBA 74
Figure 15 : Variation de la Demande Chimique en Oxygène (DCO) de la STEP de la ville de SBA 75
Figure 16 : Variation des Nitrates (NO -) de la STEP de la ville de SBA 77
Figure 17: Variation des Nitrites (NO -) de la STEP de la ville de SBA 78
Figure 18: Variation du Phosphate (PO 3- de la STEP de la ville de SBA 79
Figure 19: Variation de l’Azote Ammoniacale (NH +) de la STEP de la ville de SBA 81
Figure20:Rendement d’épuration par mois. 83
Figure 21: Taux d’épuration par mois 84

Liste des photos

Photo 1 : Grille grossière (entrée de l’eau dans la step) 47
Photo 2 : Dégrilleur mécanique/dégrilleur manuel 47
Photo 3 : Dessablage 49
Photo 4 : Déshuilage 49
Photo 5 : Le Décanteur primaire 50
Photo 6 : Le Bassin d’aération 51
Photo 7 : Le Décanteur secondaire 52
Photo 8 : Lit de séchage 54
Photos 9 : Bassin de chloration 54
Photos 10 : Photo satellitaire de la STEP de la ville de Sidi Bel Abbés 57
Photos 11 : PH-mètre 59
Photos 12 : Turbidité-mètre 59
Photos 13 : Conductivimètre portable 60
Photos 14 : DBO mètre 60
Photo 15 : Enceinte DBO 60
Photo 16 : Thermoréacteur DCO 61
Photo 17 : Spectrophotomètre 61

Liste des tableaux

Tableau 1 : Les précipitations moyennes mensuelles en 2012-13 4
Tableau 2 : Les températures moyennes mensuelles et annuelles 5
Tableau 3 : La répartition superficie agricole utile selon la spéculation 6
Tableau 4 : Rapports des ressources en eau superficielle 8
Tableau 5 : Composants majeurs typique d’eaux usées domestiques 15
Tableau 6 : Les virus dans les eaux usées 19
Tableau 7 : Les bactéries pathogènes dans les eaux usées 20
Tableau 8 : Les parasites pathogènes dans les eaux usées 22
Tableau 9: Les différents systèmes d’épuration biologique 32
Tableau 10: Principale unités industrielles à fort rejet liquide 45
Tableau 11 : Journal d’exploitation 55
Tableau 12 : Les normes de rejet 65
Tableau 13 : Analyse du PH de l’eau brute, et de l’eau épurée (moyenne par mois) de la STEP de la ville de SBA
Tableau 14 : Résultats d’analyses de la température de l’eau brute, et de l’eau épurée (moyenne par mois) de la STEP de la ville de SBA 68
Tableau 15 : Résultats d’analyses de la turbidité de l’eau brute, et de l’eau épurée (moyenne par mois) de la STEP de la ville de SBA 70
Tableau 16 : Résultats d’analyses de la conductivité de l’eau brute, et de l’eau épurée (moyenne par mois) de la STEP de la ville de SBA 71
Tableau 17: Résultats d’analyses des Matières en suspension (MES) de l’eau brute, et de l’eau épurée (moyenne par mois) de la STEP de la ville de SBA 72
Tableau 18 : Résultats d’analyses de la Demande Biochimique en Oxygène (DBO5) de l’eau brute, et de l’eau épurée (moyenne par mois) de la STEP de la ville de SBA 73
Tableau 19: Résultats d’analyses de la Demande Chimique en Oxygène (DCO) de l’eau brute, et de l’eau épurée (moyenne par mois) de la STEP de la ville de SBA 75
Tableau 20 : Résultats d’analyses des Nitrates (NO -) de l’eau brute, et de l’eau épurée (moyenne par mois) de la STEP de la ville de SBA 76
Tableau 21 : Résultats d’analyses Nitrites (NO -) de l’eau brute, et de l’eau épurée (moyenne par mois) de la STEP de la ville de SBA 77
Tableau 22 : Résultats d’analyses du Phosphate (PO 3-) de l’eau brute, et de l’eau épurée (moyenne par mois) de la STEP de la ville de SBA 79
Tableau 23 : Résultats d’analyses de l’Azote Ammoniacale (NH +) de l’eau brute, et de l’eau épurée (moyenne par mois) de la STEP de la ville de SBA 80
Tableau 24 : Rendements d’épuration par mois 83
Tableau 25: Taux d’épuration par mois 84

Introduction 1
Chapitre 1 Présentation de la zone d’étude 3
1.1. Introduction 3
1.2 Situation géographique 3
1.3 Topographie de la zone 3
1.3.1. Les zones de montagnes 3
1.3.2. Les zones de plaine 3
1.3.3. Les zones de steppe 4
1.4 Climat de la zone d’étude 4
1.4.1 La pluviométrie 4
1.4.2 La température 5
1.5 Situation économique 5
1.6. Activités industrielles 6
1.7. Activités agricoles 6
1.8. Hydrographie 7
2. Potentiel hydrique de la wilaya 8
2.1 Les eaux superficielles 8
2.1.1 Les eaux des oeuds 8
2.1.2 Les eaux de barrages 9
2.2 Les eaux souterraines 11
3. Conclusion 12
Chapitre 2 Généralités sur les eaux usées 13
1. Introduction 13
1.1. Définition des eaux usées 13
1.2. Origine des eaux usées 13
1.2.1.Les eaux usées domestiques 13
1.2.2. Les eaux usées industrielles 13
1.2.3 Les eaux agricoles 14
1.2.4 Les eaux pluviales 14
2.1. Composition des eaux usées 15
2.1.2. Les matières en suspension 16
2.1.3. Les micropolluants organiques et non organiques 16
2.1.4. Eléments traces 16
2.1.5. Les micropolluants organiques 16
2.2. Les substances nutritives 17
2.2.1. L’azote 17
2.2.2. Le phosphore 18
2.2.3. Le potassium (K+) 18
2.2.4. Chlore et sodium 18
3. Qualité microbiologique 19
3.1. Les virus 19
3.2. Les bactéries 20
3.3. Les protozoaires 21
3.4. Les helminthes 21
4. Caractéristique des eaux usées 22
5. Conclusion 23
Chapitre 3 Méthodes de traitement des eaux usées 24
1. Introduction 24
2. Schéma général d’une station d’épuration 24
3. Les différents traitements des eaux usées 25
3.1 Le prétraitement 25
3.1.1 Le dégrillage 26
3.1.2 Le dessablage 26
3.1.3 Le dégraissage – déshuilage 27
3.2 Le traitement primaire décantation primaire 27
3.3 Le traitement secondaire ou traitement biologique 28
3.3.1 Les traitements conventionnels 29
a) Disques biologiques 29
b) Lits bactériens 29
c) Les traitements à boue activée 30
3.3.2. Les traitements MBR (Membrane Bioreactor) 31
3.3.3. Traitements extensifs ( le lagunage et le lit de gravier) 33
3.4. Le traitement tertiaire (N et P) 34
3.4.1 Azote 34
a) Nitrification (en milieu oxygéné) 35
b) Dénitrification (en milieu pauvre en oxygène) 35
3.4.2 Phosphore 36
a) Biologiquement 36
b) Chimiquement 37
3.5 Le traitements quaternaires (les procédés de désinfection) 37
3.5.1 La chloration 37
3.5.2 Les rayons ultraviolets 37
3.5.3 L’ozonation 38
4. Conclusion 38
Chapitre 4: Assainissement
1. Introduction 40
1.1. Définition de l’assainissement 40
2. Importance de l’assainissement 41
3. L’assainissement écologique (ECOSAN) 41
4. L’assainissement industriel 41
5. Différents types d’assainissement des eaux usées domestiques 42
5.1. L’assainissement collectif des eaux usées 42
5.2. L’assainissement non collectif ou individuel 43
6. Système d’assainissement de la ville de SBA 44
6.1. Réseau unitaire 44
6.2. Réseaux séparatifs 44
6.3. Les collecteurs 44
6.4. Les sources des rejets des eaux usées 45
7. Principe d’épuration de la STEP de la ville de SBA 46
7.1. Origine des eaux usées 46
7.2. Filière de traitement 46
7.3. Déversoir d’orage 47
7.4. Le prétraitement 47
7.4.1. Dessableur–Déshuileur (2unités) 48
7.4.2. Décanteurs primaires 49
7.5. Le traitement biologique 50
7.5.1. Le transport 50
7.5.2. Fonctionnement au niveau des bassins d’aération (2 unités) 51
7.5.3. Tour de répartition 51
7.5.4. Décanteur Secondaire (2 unités) 52
7.5.5. Puisard à boues 52
8. Traitement des boues 53
8.1. Stabilisation des boues 53
8.2. Epaississeur 53
8.3. Lits de séchage (24) 54
9. La Chloration 54
11. Conclusion 56
Chapitre 5: Matériel et méthodes 57
1. Introduction 57
2. Présentation de la station de traitement de la ville de Sidi Bel Abbés 57
3. Prélèvement 58
3.1. Transport de prélèvement et conservation 58
3.2Condition de prélèvement 58
4. Matériels 59
4.1PH et température 59
4.2. La turbidité 59
4.3. La conductivité 60
Photo n°14: Conductivimètre portable 60
4.4. Demande biochimique en oxygène (DBO5): 60
4.5 La demande chimique en oxygène (DCO) 61
5. Méthodes des analyses physico-chimiques des différents paramètres 61
5.1. pH et T°(Instrumental) 62
5.2. Conductivité(Instrumental) 62
5.3. Demande chimique en oxygène (DCO) 62
5.4. Demande biochimique en oxygène (DBO5) 62
5.5. Nitrate (NO3-) 63
5.6. Nitrite (NO2-) 63
5.7. Phosphate ortho (PO43-) 63
5.8. Azote ammoniacal (NH4+) 64
5.9. Matières en suspension (MES) 64
Chapitre 6: Résultats et Discussion
1. Introduction 65
1.1. Analyse de PH de l’eau brute à l’entrée, et de l’eau épurée à la sortie de la STEP de la ville de SBA 66
1.2. Interprétation 67
2.1. Analyse de la température de l’eau brute à l’entrée, et de l’eau épurée à la sortie de la STEP de la ville de SBA 68
2.2. Interprétation 69
3.1. Analyse de la turbidité de l’eau brute à l’entrée, et de l’eau épurée à la sortie de la STEP de la ville de SBA 70
3.2. Interprétation 71
4.1. Analyse de la conductivité de l’eau brute à l’entrée, et de l’eau épurée à la sortie de la STEP de la ville de SBA 71
4.2. Interprétation 72
5.1. Analyse des Matières en suspension (MES) de l’eau brute à l’entrée, et de l’eau épurée à la sortie de la STEP de la ville de SBA 72
5.2. Interprétation 73
6.1. Analyse de la Demande Biochimique en Oxygène (DBO5) de l’eau brute à l’entrée, et de l’eau épurée à la sortie de la STEP de la ville de SBA 73
6.2. Interprétation 74
7.1. Analyse de la Demande Chimique en Oxygène (DCO) de l’eau brute à l’entrée, et de l’eau épurée à la sortie de la STEP de la ville de SBA 75
7.2. Interprétation 76
8.1. Analyse des Nitrates (NO3-) et des Nitrites (NO2-) de l’eau brute à l’entrée, et de l’eau épurée à la sortie de la STEP de la ville de SBA 76
8.2. Interprétation 78
9.1. Analyse du Phosphate (PO43-) de l’eau brute à l’entrée, et de l’eau épurée à la sortie de la STEP de la ville de SBA 79
9.2. Interprétation 80
10.1. Analyse de l’Azote Ammoniacale (NH4+) de l’eau brute à l’entrée, et de l’eau épurée à la sortie de la STEP de la ville de SBA 80
10.2. Interprétation 81
11. Taux d’épuration 82
11.1. Démonstration des formules 82
11.2. Application numérique 83
11.2.1. Rendement d’épuration 83
11.2.2. Interprétation 83
11.3.1. Calcul du taux d’épuration par mois 84
11.3.2. Interprétation 85
12. Conclusion 85
Conclusion 86

Lorsque l’homme utilise l’eau il ne fait pas que la consommer, mais il en rejette une partie dans l’environnement. C’est ce que l’on appelle l’eau usée. Cette eau usée peut contenir différents polluants, on doit donc la traiter.

De nos jours, les eaux domestiques usées doivent être épurées avant d’être renvoyées vers les rivières ou la mer, où elles réintègrent le cycle de l’eau. A ce stade, ces eaux doivent répondre à des normes de qualité fixées par les autorités responsables de la gestion des ressources en eau.

L’épuration des eaux usées a pour objectif de rejeter dans le milieu naturel des eaux d’une qualité suffisante ne pouvant altérer que le moins possible le milieu récepteur, protéger l’environnement, préserver les écosystèmes, la biodiversité en général et la biodiversité aquatique en particulier ainsi que la santé publique.

Les chiffres publiés par l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) en 2004 révèlent que chaque année 1.8 million de personnes dont 90% d’enfants de moins de cinq ans, vivants pour la plupart dans les pays en voie de développement, meurent de maladies diarrhéiques.

Or, à l’échelle mondiale, 88% des maladies diarrhéiques sont imputables à la mauvaise qualité de l’eau de boisson et à un assainissement insuffisant des eaux usées.

L’intérêt porté par les pouvoirs publics algériens au traitement des eaux usées s’est manifesté par la construction des stations d’épurations qui sont au nombre de 70 à ce jour sur l’ensemble du pays. La capacité totale de ces stations avoisine 290 millions de m3 par an.

L’épuration des eaux s’avère désormais impérative au regard de l’importance de cette dernière, non seulement pour la protection de l’environnement et la préservation de la santé humaine mais aussi dans la réutilisation pour les besoins de l’agriculture.

La réutilisation de celle-ci en irrigation et aussi il faut souligner le fait que les boues qui résultent de l’opération de traitement sont exploitées, elles aussi, dans l’agriculture.

Nous verrons que les différents traitements ou étapes d’épuration rassemblent une série de dispositifs empruntés par les eaux usées, chacun de ces dispositifs est conçu pour extraire tour à tour les différents polluants contenus dans les eaux.

Dans ce travail nous expliquerons ce que peut contenir des eaux usées brute, les méthodes de traitements des eaux usées, l’importance d’un réseau d’assainissement collectif ainsi nous démontrerons par des analyses faites la différence entre les eaux usées brutes et les eaux usées épurées afin de montrer l’importance des stations d’épuration des eaux usées et surtout d’évaluer l’efficacité du traitement des eaux usées par la STEP.