Le Maroc, comme d’autres pays arabes et africains, est un pays aride ou semi-aride où les ressources naturelles en eau sont en général insuffisantes et présentent actuellement un problème crucial dû à l’irrégularité des précipitations et à un épuisement des réserves en eau des nappes phréatiques.
Ce problème a incité les chercheurs à développer des solutions adaptées à une bonne exploitation de cette ressource vitale, et en particulier à la réutilisation des eaux usées pour la production agricole.
Les méthodes de purification des eaux sont multiples, mais la technique d’infiltration par sables et sol reste la plus utilisée grâce à sa simplicité, son coût d’exploitation, et particulièrement son rendement très efficace.
Dans ce contexte, nous
[Photo : Figure 1 : Montage expérimental utilisé pour le traitement des eaux usées industrielles.]
Nous avons utilisé cette méthode d’infiltration en utilisant des colonnes de sables et sols, en nous basant sur la variation granulométrique des sables. Les principaux paramètres analysés dans notre étude sont les matières en suspension (MES), la matière organique (DCO), les orthophosphates PO₄³⁻ et l’ammonium (NH₄⁺).
Matériel et méthodes
Le sable que nous avons utilisé dans nos expériences, de textures différentes, a été prélevé le long du littoral de la ville d’El Jadida. Ce dernier a été nettoyé, tamisé afin de déterminer ses différentes tailles granulométriques, ensuite analysé par diffraction X pour avoir une idée très précise sur le taux de présence de la calcite et de la silice, et finalement par la spectroscopie ICP (Inductance couplage plasma) pour s'assurer de l’absence de traces des métaux lourds.
La matrice filtrante mise en place dans les différentes colonnes et l’écoulement de l’eau usée a lieu du haut en bas sous l’influence de la gravitation avec une charge hydraulique de 30 cm/jour, l’équivalent de 1 litre/jour.
Les éléments suivis cités en haut sont analysés selon les normes AFNOR.
Nous avons réalisé dans notre laboratoire le montage expérimental représenté sur la figure 1. Il s’agit d'un cylindre de longueur L et de section S. Une portion de la terre agricole de granulométrie quelconque, dont on a placé au niveau de sa surface une couche de sable de granulométrie bien choisie, occupe la hauteur H. On y verse un débit d’eau usée de manière continue.
Tableau 1 : Les paramètres physico-chimiques des eaux usées industrielles étudiées avant traitement
| pH |
5,56 |
| Conductivité (mS) |
10,6 |
| MES (mg/l) |
5539 |
| DCO (mg/l) |
57600 |
| Chlorures (mg/l) |
5205,72 |
| Orthophosphates (mg/l) |
70,37 |
| Ammonium (mg/l) |
496,41 |
Tableau 2 : Les principaux paramètres physico-chimiques des eaux usées après traitement par la colonne 1
Colonne 1 – sol agricole de différentes tailles granulométriques (µm)
| pH |
7,77 (100) ; 7,78 (125) ; 7,38 (160) ; 7,51 (200) |
| Conductivité (mS) |
4,6 (100) ; 4,9 (125) ; 8,8 (160) ; 9,1 (200) |
| MES (mg/l) |
115 (100) ; 135 (125) ; 190 (160) ; 230 (200) |
| DCO (mg/l) |
36800 (100) ; 40000 (125) ; 46720 (160) ; 48000 (200) |
| Chlorures (mg/l) |
2801,98 (100) ; 3002,2 (125) ; 3502,75 (160) ; 4403,74 (200) |
| Orthophosphates (mg/l) |
64,022 (100) ; 65,42 (125) ; 67,46 (160) ; 70,485 (200) |
| Ammonium (mg/l) |
97,04 (100) ; 97,67 (125) ; 108,09 (160) ; 112,66 (200) |
Tableau 3 : Les principaux paramètres physico-chimiques des eaux usées après traitement par la colonne 2
Colonne 2 – sol agricole brut et sable marin de différentes tailles granulométriques (µm)
| pH |
7,99 (100) ; 7,91 (125) ; 7,77 (160) ; 7,75 (200) |
| Conductivité (mS) |
5,2 (100) ; 5,6 (125) ; 6,2 (160) ; 8,9 (200) |
| MES (mg/l) |
60 (100) ; 105 (125) ; 170 (160) ; 180 (200) |
| DCO (mg/l) |
21044 (100) ; 25028 (125) ; 28080 (160) ; 34088 (200) |
| Chlorures (mg/l) |
2101,13 (100) ; 2224,44 (125) ; 2302,53 (160) ; 3003,3 (200) |
| Orthophosphates (mg/l) |
54,06 (100) ; 54,24 (125) ; 56,32 (160) ; 59,85 (200) |
| Ammonium (mg/l) |
93,66 (100) ; 94 (125) ; 99,5 (160) ; 101,3 (200) |
[Photo : Figure 2 : Évolution de pH des eaux usées industrielles avant et après traitement par les deux colonnes, sol seul et sol + sable marin.]
[Photo : Figure 3 : Évolution de la conductivité des eaux usées industrielles avant et après traitement par les deux colonnes, sol seul et sol + sable marin.]
[Photo : Variation de la MES – Figure 4 : Évolution des MES des eaux usées industrielles avant et après traitement par les deux colonnes, sol seul et sol + sable marin.]
[Photo : Variation de la DCO – Figure 5 : Évolution de la DCO des eaux usées industrielles avant et après traitement par les deux colonnes, sol seul et sol + sable marin.]
[Photo : Variation des Chlorures – Figure 6 : Évolution des chlorures des eaux usées industrielles avant et après traitement sur les deux colonnes, sol seul et sol + sable marin.]
[Photo : Variation des Orthophosphates – Figure 7 : Évolution des orthophosphates des eaux usées industrielles avant et après traitement par les deux colonnes, sol seul et sol + sable marin.]
Résultats et discussion
Les paramètres physico-chimiques analysés ainsi que les résultats obtenus avant traitement des eaux usées industrielles étudiées sont rassemblés dans le tableau 1.
Le tableau 2 résume les valeurs retrouvées pour ces mêmes paramètres physico-chimiques après filtration sur la première colonne (colonne 1), qui est remplie d’une couche de sol agricole à différentes tailles granulométriques.
Le tableau 3 résume les valeurs retrouvées pour ces mêmes paramètres physico-chimiques après filtration sur la seconde colonne (colonne 2), qui est remplie d'une couche de sol brut et d'une couche de sable marin de différentes tailles granulométriques allant de 100 à 200 micromètres.
Les eaux usées industrielles étudiées ont un pH acide, comme on peut le constater sur la figure 2. La filtration de ces rejets sur le sol agricole brut et sur le mélange sol agricole + sable marin conduit à la neutralisation de ces eaux.
La forte conductivité des eaux usées industrielles peut être traduite par la présence des sels. La filtration de ces eaux sur une couche de sol et sable marin réduit la valeur de la conductivité de ces eaux, comme indiqué sur la figure 3.
Les eaux usées brutes étudiées sont chargées en matières en suspension (MES). Ces MES sont efficacement piégées par la colonne 1.
On constate que l’élimination de ces MES est meilleure avec la colonne 2.
Quant à la DCO des eaux usées industrielles étudiées, l’abattement est meilleur sur la colonne 2, formée de sol agricole et de sable marin.
Le rejet industriel étudié est chargé également en chlorure. Leur élimination est meilleure avec la colonne 2, surtout pour les tailles granulométriques fines du sable marin, 100 et 125 micromètres.
On note également pour les deux colonnes des pourcentages d’élimination du phosphore très importants, dépassant les 91 %. L’élimination des ions ammonium est également meilleure avec la colonne 2, surtout pour les tailles granulométriques du sable marin, 100 et 125 micromètres.
[Encart : Tableau 4 – Pourcentage d’abattement de certains paramètres sur les deux colonnes : colonne 1 (sol seul) et colonne 2 (sol + sable marin)
Élément | MES | DCO | Cl- | PO4^3- | NH4+
Colonne 1 | 96,97 | 33 | 54,36 | 91,27 | 68,46
Colonne 2 | 97,67 | 56,87 | 67,78 | 91,68 | 81,35]
[Photo : Figure 8 : Évolution de l'ammonium eaux usées industrielles avant et après traitement par les deux colonnes sol seul et sol + sable marin.]
Les pourcentages moyens d’éliminations des différents paramètres sur les deux colonnes sont récapitulés sur le tableau 4. Nous remarquons que le meilleur traitement des eaux usées industrielles étudiées est obtenu en utilisant la colonne 2 constituée de sol agricole brut et du sable marin.
Conclusion
Cette approche expérimentale nous permet de conclure que le sol agricole et le sable du littoral de la région de la ville d’El Jadida, avec les conditions mentionnées précédemment, présentent un pouvoir épurateur efficace d’élimination des polluants étudiés.
Cette élimination des différents paramètres étudiés varie de 33 % à 97 % avec un meilleur rendement lorsqu’on utilise une colonne formée d'une couche de sol agricole et du sable marin.
Ainsi, les performances de différents filtres sont fonction de la vitesse d’infiltration qui dépend de la :
- Taille granulométrique des supports étudiés.
- Composition chimique et minéralogique du lit filtrant.
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