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Traitement par filtration-percolation des lixiviats de la décharge publique non contrôlée de la ville de Sidi Bennour au Maroc

29 janvier 2021 Paru dans le N°438 à la page 76 ( mots)
Rédigé par : A. LAAMYEM de Faculté des Sciences Université Chouaib Doukkal..., M. MONKADE de Faculté des Sciences Université Chouaib Doukkal..., Ibrahym DACHRAOUI de Université Chouaib Doukkali Faculté des sciences et 1 autres personnes

Le travail présenté dans cette recherche a un double objectif, d’une part l’étude complète physico-chimique, et des métaux lourds des lixiviats de la décharge publique non contrôlée de la ville de Sidi Bennour avant et après filtration à travers des lits filtrants à base des rejets solides des centrales thermique de la station Jorf lasfar, à savoir les cendres volantes et les cendres de foyers, et d’autre part la revalorisation de la boue de filtration dans des domaines de génie civil particulièrement le domaine de construction. La technique de purification que nous avons utilisée est la filtration percolation connue par sa simplicité et son faible coût de réalisation et par ses résultats très performants. Le choix de notre matrice filtrante a été finalement choisi en se basant sur plusieurs paramètres comme la vitesse des écoulements de la porosité et surtout de la granulométrie du sable. Cette matrice est constituée par le sol agricole, le sable marin de taille granulométrique 160 µm, les cendres volantes et les cendres de foyer (mâchefers). Les résultats obtenus après filtration sont très significatifs et sont évalués à une réduction de 73,84 % pour la DCO, 94,17 % pour la DBO5, 88 % pour les matières en suspension (MES), 74 % pour le NTK, 66 % pour le PT, 34 % pour la conductivité électrique et 90 % d’abattement pour la coloration et une odeur très faible eu égard à l’environnement.

Les eaux météoriques s’écoulent à travers la masse des déchets, avec une vitesse et un débit qui dépendent de la porosité, de la perméabilité et de l’épaisseur du milieu. Elles favorisent la biodégradation des matières organiques et produisent des lixiviats en se chargeant de substances organiques ou minérales provenant des déchets ou des produits de la dégradation des déchets. La formation des lixiviats met en jeu une grande diversité de phénomènes qui joueront plus ou moins en fonction de la nature des déchets, du mode d’exploitation du centre de stockage (hauteur des déchets, surface exploitée, compactage) et de l’infiltration des eaux.
Figure 1 : décharge publique non contrôlée de la ville Sidi Bennour.

Les décharges peuvent entraîner de graves problèmes environnementaux si elles ne sont pas correctement gérées et exploitées. Parmi les problèmes associés à l’exploitation des décharges est la production des lixiviats. Par ailleurs, plusieurs études tant à l’échelle du laboratoire qu’à celle du pilote ou en grandeur vraie ont été réalisées afin de sélectionner la méthode la plus fiable pour traiter ces eaux particulières. Les premières recherches, datant des années 1970 se sont basées sur le traitement à la fois des eaux usées domestiques et des lixiviats de décharges. L’inefficacité de ce procédé a poussé les chercheurs à traiter les deux types d’eau séparément par le biais de lagunage aéré et de boues activées. Toutefois, ces procédés ont des rendements faibles pour des températures inférieures à 10 °C et une dénitrification médiocre. Afin de pallier ces inconvénients, plusieurs procédés ont été proposés comme le traitement par les filtres biologiques aérobies submergés développés par les réacteurs biologiques.

Dans ce cadre, nous nous sommes proposés de contribuer au traitement des lixiviats de la décharge publique non contrôlée de la ville de Sidi Bennour (figure 1) située à 6 km exactement au niveau de la commune Laatatra et ce en utilisant le procédé d’infiltration percolation. Il est à noter que la production des déchets est d’environ 250 t/j dans la région de Sidi Bennour.

Matériels utilisés et méthodes

Matériels
Figure 2 : Montage de filtration percolation utilisé.

Les appareillages consignés dans le tableau 1 ont été utilisés dans l’étude physico-chimique de ces eaux usées bruts et après filtration.

La technique de filtration percolation utilisée dans notre laboratoire est schématisée dans la figure 2. Il s’agit d’une colonne verticale formée de quatre étage comme indiquée dans la figure.
Paramètres étudiés
Les méthodes analytiques utilisées sont celles recommandées par l’Association Française de Normalisation, AFNOR (1997). Les paramètres qui ont fait l’objet de la présente étude sont :
  • Paramètres organiques à savoir la demande chimique et biologique en oxygène : DCO et DBO5.
  • Forme azotée : NTK et le phosphore total
  • Paramètres physico-chimiques : Température, pH, MES, conductivité électrique.

Résultats et discussions

La matrice filtrante utilisée dans le présent travail est constituée de quatre étages :

Le sable marin prélevé le long du littoral de la ville d’El Jadida, de taille granulométrique 160 µm. Cette taille a été choisie selon une étude approfondie concernant la porosité, la vitesse de l’écoulement et finalement le taux de calcite très important dans ce domaine de traitement.

  • Le sol agricole réputé par sa capacité de rétention.
  • Les cendres volantes et de foyers ou mâchefers issus de la centrale thermique Jorf lasfar à 15 km de la ville d’El Jadida.
Les résultats obtenus avant et après filtration sont dans le tableau 2.
pH
Figure 3 : Évolution du pH avant et après filtration.

Les lixiviats étudiés ont un pH basique caractéristique des décharges anciennes avec des lixiviats âgés ou stabilisés. Après le recouvrement et le compactage des ordures, l’oxygène présent dans le massif de déchets s’épuise et apparaissent alors les mécanismes anaérobies de fermentation méthanique, responsables de la formation de biogaz et de métabolites organiques ou minéraux solubles dans l’eau. Parmi les phases d’évolution anaérobie on distingue la transformation des métabolites intermédiaires apparus pendant la phase acide en méthane CH4 et en dioxyde de carbone CO2 par méthanogénèse et le pH remonte sous le contrôle de la capacité tampon du système carbonate.

Après passage du lixiviat à travers notre matrice filtrante, nous avons remarqué que le pH s’est stabilisé entre 7,4 et 7,6 (figure 3).
Conductivité électrique
Figure 4 : Évolution de la conductivité avant et après traitement.

La conductivité électrique est étroitement liée à la concentration des substances dissoutes et à leur nature. Les lixiviats étudiés ont une conductivité électrique très élevée de l’ordre de 36,7 mS/cm due aux apports par la décharge de lixiviat très minéralisé, sous l’effet conjugué de la température élevée correspondant à la période estivale d’échantillonnage qui favorise le développement bactérien et de la diminution de la pluviosité engendrant une augmentation de la concentration du lixiviat.

L’évolution de la conductivité électrique au cours de la filtration met en évidence des valeurs décroissantes liées aux échanges chimiques entre l’eau et le matériel filtrant (précipitation et adsorption) ce qui a réduit la conductivité électrique du filtrat à 76 % (figure 4).
Demande Chimique en Oxygène et Demande Biologique en Oxygène
Figure 5a : Évolution de la DCO avant et après traitement.
Figure 5b : Évolution de la DBO5 et après traitement.

La charge polluante exprimée en termes de DCO et de DBO5 est d’un ordre respectif de 4.980 mg/l et de 1.295 mg/L (figure 5), ceci montre un pouvoir polluant des lixiviats et leur évacuation dans le milieu naturel sans aucun traitement préalable peut engendrer des perturbations potentielles.

Ce pouvoir polluant des lixiviats provient de l’utilisation domestique des détergents, des pesticides, des solvants, et également des eaux pluviales : eaux de ruissellement sur les terres agricoles, sur le réseau routier, etc. Il peut aussi provenir de rejets industriels quand ceux-ci sont déversés dans les égouts ou même des traitements de désinfection des effluents par le chlore.
Les lixiviats traités par notre matrice filtrante montrent une réduction très importante de la pollution organique en terme de DCO et de DBO5 comme indiqué dans la figure 5.
Ce maximum de réduction de la charge organique (figure 5) s’explique par les propriétés d’adsorption importantes des minéraux plus fins utilisés comme les cendres volantes et les mâchefers en particulier l’argile et le limon formant le sol agricole utilisé.
Ses minéraux argileux ont une structure lamellaire qui permet l’insertion des molécules organiques entre les feuillets. En plus, les argiles comme les cendres contiennent une importante teneur en silice, un important adsorbant possédant une forte polarité électrique et des éléments minéraux en particulier les ions ferreux (Fe3+), ces derniers contribuent à la neutralisation des charges négatives des matières organiques contenues dans les lixiviats.
La réduction de la charge organique par ces procédés de filtration est corrélée avec celle de la couleur des lixiviats. Ceci confirme bien que la coloration des lixiviats est produite par la matière organique.
Azote total kjeldahl et Phosphore Total
Figure 6 : Évolution de la NTK et du PT avant et après traitement.

L’azote Kjeldahl représente les matières azotées (azote organique et azote ammoniacal) sous forme réduite, principalement l’urée d’origine humaine. Le rejet direct de l’azote réduit dans le milieu consomme de l’oxygène et défavorise la vie piscicole. Pour les phosphates rejetés dans le milieu, ils sont en partie responsables de l’eutrophisation des cours d’eau

On constate un abattement très net du NTK (figure 6) et cette réduction maximale de l’azote s’explique par le pouvoir ammonifiant du sol ferralitique argileux. Cette ammonification est considérée comme premier maillon de minéralisation de l’azote organique avant qu’il subisse une nitrification stimulée d’avantage par la présence des cendres et liée à l’activité des germes de la nitrosation et de la nitratation, en plus la nature calcaire du sol agricole utilisé favorise cette réduction du NOK.
On constate aussi (figure 6) qu’il y’a une importante réduction du Phosphore Total ce qui s’explique par la présence dans les cendres et dans les sols argileux des oxydes d’aluminium (Al2O3), des oxydes de fer (Fe2O3) et de la chaux (CaO) qui sont considérés comme précipitant pour l’élimination physico-chimique du phosphore en donnant du phosphate ferreux ou le phosphate de la chaux
Matières en suspension (MES)
Figure 7 : Évolution de la MES avant et après traitement.

Les micro-organismes sont le plus souvent adsorbés à la surface de MES et sont ainsi transportés par celles-ci. Elles donnent également au lixiviat une apparence trouble, un mauvais goût et une mauvaise odeur. Les lixiviats étudiés sont peu concentrés en matières en suspension (figure 7) en raison de leur décantation au fond des bassins de stockage.

Les matières en suspension se présentent dans le lixiviat sous diverses formes : matières en suspension minérales, matières en suspension organiques et enfin les matières en suspension vivantes. En raison des phénomènes de répulsion, les colloïdes forment généralement des suspensions très stables. Les phénomènes d’adsorption agissent alors de manière à neutraliser leurs charges, afin de favoriser leur agglomération et permettre leur décantation. Les MES vont donc être piégées dans la masse granulaire du filtre et former des agrégats par floculation ce qui explique leur réduction maximale (figure 7).

Conclusion

La filtration des lixiviats à travers la matrice filtrante formée par le sol agricole, les cendres, les mâchefers et le sable marin de taille granulométrique de 160 m permet de réduire efficacement la pollution physicochimique. La qualité des lixiviats traités répond aux normes Marocaines de rejets indirects pour les différents paramètres physicochimiques étudiés. Le filtrat obtenu par cette technique très efficace peu coûteuse et d’un rendement visible pourrait bien être réutilisé dans le domaine d’irrigation ou comme liquide de refroidissement des machines industrielles. La boue de filtration formée par des rejets solides des centrales thermiques pourra aussi être revalorisée dans le domaine de construction particulièrement dans la fabrication des pavés ou des agglos.