Les ressources naturelles en eaux potables sont très réduites dans les pays arides et semi arides, et les nappes phréatiques par rareté des précipitations deviennent très séchées. Ce problème crucial incite les pays africains, dont les moyens sont trop réduits, de réutiliser les eaux usées brutes industrielles et urbaines et même médicales, pour l’irrigation des sols et autres, ce qui constitue un réel danger pour la santé. Devant cette situation et comme d’autres chercheurs de partout dans le monde, nous avons développé dans notre laboratoire un système simple d’infiltration percolation très efficace, en se basant sur des matrices naturelles composées principalement du sol agricole et du sable marin du littoral de la ville d’El Jadida en y ajoutant des déchets solides issus de la centrale thermique comme les cendres volantes et les mâchefers. Les résultats que nous avons obtenus sont très significatifs car d’une part nous avons purifié les eaux usées industrielles et urbaines et d’autre part, valoriser les déchets solides. Les paramètres analysés dans cette étude sont la matière en suspension (MES), la matière organique (DCO) les ortho phosphates (PO43-) et l’ammonium (NH4+). Les résultats obtenus, par ce système de traitement sont évalués à une réduction de 38,5 % pour la DCO, 99,8 % pour la MES, 25 % pour PO43-, 87,22 % pour NH4+ et 68,8 % pour les chlorures (Cl-).
Matériel et méthode
Nous avons réalisé dans notre laboratoire le montage expérimental de la figure 1. Il s’agit d’un cylindre de longueur L ; et de section S. La matrice filtrante est composée de quatre étages de même hauteur formée par le sol agricole bien tamisé, de sable marin de taille granulométrique adéquate, de cendre volante et mâchefer.
Résultats et Discussion
Le tableau 2, résume les valeurs retrouvées pour ces mêmes paramètres physico-chimiques après filtration sur quatre colonnes, de même matrice filtrante mais en faisant varier les tailles granulométriques du sable marin. Cette taille granulométrique allant de 100 µm à 200 µm.
La détermination du pH constitue une mesure très importante car la valeur du pH conditionne un grand nombre de réactions biologiques et chimiques dans les eaux naturelles, donc toute modification du pH peut causer des déséquilibres physicochimiques des milieux récepteurs. Les eaux usées étudiées ont un caractère acide avec des valeurs qui varient entre 5,5 et 5,6 degré pH. La filtration de ces rejets liquides à travers les quatre colonnes dont la matrice est formée par du sol, cendres volantes, mâchefers et sable marin de granulométries variant de 100 µm à 200 µm a permet leur neutralisation. Cette neutralisation peut être expliquée par le caractère basique des supports filtrants.
Les effluents industriels étudiés présentent une très forte conductivité électrique qui traduit le degré de minéralisation globale, avec une valeur dépassant les 12 mS.cm-1 comme indiqué dans la figure 3. Cette conductivité très élevée est due aux sels dissous dans ces rejets. Le passage de ces eaux usées étudiées à travers les différents supports filtrants a permis la rétention des sels dissous dans l’eau par adsorption et/ou par phénomène de diffusion ionique dans les feuillets argileux constituant la colonne de filtration ce qui traduit la réduction de la conductivité. On note un meilleur résultat pour les colonnes dont le sable est respectivement de 100 µm, 125 µm et 160 µm.
Les matières en suspension regroupent l’ensemble des articules fines, insolubles, colloïdales, de nature organique ou minérale, biodégradables ou non. Ces particules augmentent la turbidité des eaux, empêchent la pénétration de la lumière et réduisent le phénomène de la photosynthèse causant ainsi un appauvrissement en oxygène dissous au niveau des milieux récepteurs. Les eaux usées étudiées sont chargées en matière en suspension, avec des valeurs dépassant les 5 000 mg par litre. Le passage des ces eaux usées à travers les différents filtres étudiés a permis une élimination quasi totale de ces matières en suspension (figure 4).
La pollution organique représente l’ensemble des matières organiques biodégradables et non biodégradables, qui peuvent générer différents problèmes au niveau des milieux récepteurs, mauvaises odeurs, consommation d'oxygène, dégradation de la faune et la flore et perturbation des écosystèmes. Il a été rapporté que différentes matrices argileuses telles que les cendres volantes et les mâchefers, possèdent des propriétés multifonctionnelles telles que la capacité de rétention et d’adsorption de différents polluants organiques, inorganiques et des métaux lourds (figure 5).
La majeure partie de la matière organique soluble et particulaire contenue dans les eaux usées étudiées a été retenue par les différents supports utilisés, avec un taux d’abattement dépassant les 75 %. Cette réduction de la charge organique dissoute indique qu’une bonne assimilation bactérienne prend place dans le lit filtrant. Ceci est lié probablement à une meilleure oxygénation de ce dernier permettant aux bactéries aérobies de proliférer et d’assurer en conséquence une meilleure minéralisation ou oxydation de la matière organique. L’abattement et l’élimination de la DCO fait intervenir des phénomènes physiques de sédimentation et de filtration ainsi que des phénomènes biologiques de dégradation et de décomposition de la matière organique particulaire et dissoute associés à la flore bactérienne du lit filtrant. Nous constatons d’après la figure 5 un meilleur résultat pour la colonne dont le sable est de 100 µm.
Les rejets industriels étudiés sont également trop chargés en ions chlorures avec des valeurs dépassant les 5 000 mg par litre. L’élimination des anions chlorures (figure 6), peut être expliquée par la présence des cations contenus dans les différentes matrices filtrantes utilisées et qui piègent ces ions par adsorption ou par échange d'ions. C’est le cas des cendres volantes et des mâchefers qui sont connues comme des matériaux naturels présentant une bonne capacité d’échanges d’ions et un pouvoir d’adsorption et d'élimination de plusieurs polluants de l'eau.
Le phosphore est l'un des principaux éléments nutritifs qui provoquent l'eutrophisation, phénomène qui se traduit par une prolifération excessive des algues et des cyanobactéries toxiques dans les milieux aquatiques. Plusieurs formes de phosphore sont rencontrées dans les eaux usées, mais les orthophosphates étant les espèces de phosphore les plus abondants. Les eaux usées étudiées présentent de fortes charges en orthophosphates dont les valeurs dépassent la norme marocaine d’un rejet avant déversement dans le milieu récepteur (60 mg/l en orthophosphates). Apres filtration sur les différentes matrices argileuses nous avons noté un taux d’élimination significatif ce qui peut être expliqué par l’adsorption du phosphore sur les argiles utilisées ou sa précipitation avec le fer, le calcium ou l’aluminium, éléments constituants les feuilles des matrices argileuses composant le lit filtrant.
L’élimination des ions ammonium est également meilleure avec la colonne 2, surtout pour les tailles granulométriques du sable marin, 100 et 125 micromètres.
Conclusion
