« analyse et clarification des eaux usees de l’usine …
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Date de soutenance : 27 Mars 2017
Mémoire en vue de l’obtention du diplôme de LICENCE,
« ANALYSE ET CLARIFICATION
DES EAUX USEES DE L’USINE
SOCOLAIT»
Présenté par : RAVOAHANGY Helisoa Zo Nomena
UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE
SCIENCE DE L’INGENIEUR
MENTION GENIE DES PROCEDES CHIMIQUES ET INDUSTRIELS
Année : 2015-2016
Date de soutenance : 27 Mars 2017
Mémoire en vue de l’obtention du diplôme de LICENCE
« ANALYSE ET CLARIFICATION DES
EAUX USEES DE L’USINE
SOCOLAIT»
Présenté par : RAVOAHANGY Helisoa Zo Nomena
Président : RAKOTOMAMONY Pierre, Maître de Conférences
Rapporteur : RANDRIANA Nambinina Richard Fortuné, Professeur
Examinateurs : - RAJOELINIRINA Vézulah
- RAKOTOARIVONIZAKA Ignace, Maître de Conférences
Année : 2015-2016
UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE
SCIENCE DE L’INGENIEUR
MENTION GENIE DES PROCEDES CHIMIQUES ET INDUSTRIELS
i
REMERCIEMENT
La réalisation de ce mémoire n’a pu se faire sans la volonté de Dieu Tout Puissant à qui
nous adressons notre profonde gratitude et notre plus grande reconnaissance. Il nous
donne la vie, la santé, ainsi que l’intelligence.
Nous tenons à exprimer nos vifs remerciements les plus sincères tout
particulièrement à :
Monsieur Le Professeur Yvon Dieu Donné ANDRIANAHARISON, Directeur de
L’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo (ESPA).
Nos chaleureux et respectueux remerciements s’adressent à Monsieur le Professeur
RANDRIANA Nambinina Richard Fortuné, Enseignant chercheur et Chef de la
Mention Génie des Procédés Chimiques et Industriels à l’Ecole Supérieure
Polytechnique d’Antananarivo (ESPA), qui nous a fait l’honneur d’être notre encadreur
pédagogique et notre rapporteur, malgré la lourdeur des tâches qui lui incombent. Il a
fait tout son possible pour prodiguer des conseils dans l’orientation et l’élaboration
du présent mémoire.
Mes remerciements se destinent également aux Membres de jury :
Monsieur RAKOTOMAMONJY Pierre, Maître de Conférences;
Monsieur RAJOELINIRINA Vézulah ;
Monsieur RAKOTOARIVONIZAKA Ignace, Maître de Conférences
Nos profonds remerciements vont aussi à tous les Personnels et Enseignants du
Département Génie des Procédés Chimiques et Industriels qui ont contribué dans notre
formation, ainsi qu’au Personnel du Laboratoire du Département Génie Chimique.
Nous tenons aussi à exprimer nos sincères remerciements au Personnel du
Laboratoire des Eaux de la Société JIRAMA Mandroseza, particulièrement à Monsieur
RAKOTOARIVELONANAHARY Bruno, Chef de Service Contrôle Qualité Physico-
Chimique des eaux, pour nous avoir encadré dans tous nos travaux d’analyse; à
Monsieur ANDRIAMIALY Faralahy Lalaina, Responsable Méthode et Analyse physico-
chimique, pour nous avoir dirigé pendant toute la durée de notre stage ; et à Monsieur
RANDRIAMANANTENA Jean Felix, Laborantin au sein du laboratoire, pour nous avoir
assisté tout au long de nos travaux.
ii
Notre gratitude va aussi à la société SOCOLAIT en particulier, à Madame
RAZAFIMAHENINA Rachel, Coordinatrice HSE et à Madame RAKOTOMANIRAKA
Onitiana Nomena, Responsable QHSE qui nous ont aidé techniquement et
matériellement.
Nous ne saurions aussi oublier les personnes morales et physiques qui nous ont
été d’une grande aide.
Nous exprimons également notre reconnaissance à toute notre famille, nos
amis, qui nous ont soutenu durant ces trois années d’études et surtout pendant la
préparation et la réalisation de ce mémoire.
iii
SOMMAIRE
GLOSSAIRE
LISTE DES ABREVIATIONS
LISTES DES TABLEAUX ET FIGURES
NOTATIONS ET UNITES
LISTE DES ILLUSTRATIONS
PREMIERE PARTIE : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I. Généralité sur l’industrie laitière
II. Généralité sur les eaux usées
III. Traitement des eaux usées industrielles
IV. Description des effluents de l’industrie laitière
DEUXIEME PARTIE : ETUDE EXPERIMENTALE
I. Description de l’usine
II. Caractérisation des effluents
III. Essais de coagulation-floculation sur les effluents
IV. Proposition de traitement
CONCLUSION
iv
GLOSSAIRES
Amont : se dit d’une action, d’un procédé ou d’un lieu qui se situe avant
un autre
Aval : se dit d’une action, d’un procédé ou d’un lieu qui se situe après
un autre
Biodégradable : un produit est dit biodégradable si, une fois consommé, il
peut être décomposé par des organismes vivants
Clarification : Ensemble des traitements destinés à éliminer les matières en
suspension, la turbidité et la couleur d'une eau.
Coagulation : déstabilisation des particules par action des réactifs chimiques
qui annulent les forces répulsives ou agissent sur l’hydrophilie des
particules colloïdales.
Conductivité : La conductivité électrique donne une indication sur la
minéralisation globale de cette eau. Les molécules de sels se
dissocient en paires d’ions lorsqu’elles entrent en solution dans
l’eau.
Décantation : procédé de séparation par gravité des matières solides
sédimentables élimination de solides en suspension de densité
supérieure à celle de l’eau par l’action exclusive de la force de
la gravité.
Eau : (en latin aqua, qui a donné aquatique et en grec hydros, qui a
donné hydrique, hydrologie) un élément sous forme liquide en
conditions standards (température et pression ambiante), composé
sous sa forme pure de molécules qui associent deux atomes
d'hydrogène et un atome d'oxygène sous la forme H2O.
Eaux usées : eaux qui ont été altérées par l'activité humaine
Effluent : Terme générique désignant une eau résiduaire urbaine ou
industrielle, et plus généralement tout rejet liquide véhiculant une
certaine charge polluante (dissoute, colloïdale ou particulaire). Ces
effluents recèlent des composants organiques ou chimiques
nuisibles à l'environnement.
v
Epuration : Action d'éliminer les impuretés contenues dans un produit, dans
l'eau ; purification.
Floculation : agglomération des colloïdes déchargés par suite de contact entre
les particules.
Lait : un liquide biologique comestible généralement de couleur
blanchâtre produit par les glandes mammaires des mammifères
femelles.
Traitement
des eaux
: ensemble des procédés visant à dépolluer l’eau usée avant son
retour dans le milieu naturel ou sa réutilisation.
Turbidité : propriété d’une eau d’être trouble.
vi
LISTE DES ABREVIATIONS
DBO
DBO 5
DCO
FAO
ISO
JIRAMA
MES
OMS
: Demande Biochimique en Oxygène
: Demande Biochimique en Oxygène au cinquième jour
: Demande Chimique en Oxygène en cinquième jour
: Food and Agriculture Organization
: International Stantardization Organization
: JIro sy RAno Malagasy
: Matières en Suspension
: Organisation Mondiale de la Santé
vii
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1 : Composition du lait ....................................................................................... 3
Tableau 2 : Normes de rejet à Madagascar .................................................................. 16
Tableau 3 : Valeurs de la DBO selon quelques activités. .............................................. 18
Tableau 4 : Production lors des prélèvements ............................................................. 21
Tableau 5 : Caractéristiques physiques des effluents. .................................................. 22
Tableau 6 : Variation journalière de la DBO. ................................................................. 26
Tableau 7 : Paramètres chimiques des effluents ........................................................... 28
Tableau 8 : 1er essai de coagulation-floculation sur le 1er échantillon............................ 31
Tableau 9 : 2ème expérience de coagulation-floculation sur le 1er échantillon ................ 32
Tableau 10 : 1er expérience de coagulation-floculation sur le 2ème échantillon .............. 33
Tableau 11 : 2ème expérience de coagulation-floculation sur le 2ème échantillon ........... 34
Tableau 13 : Proposition de solution ............................................................................. 35
Tableau 13 : Comparaison des procédés biologiques applicables aux effluents laitiers 41
viii
NOTATIONS ET UNITES
c : coefficient de Trainée
C (g/l) : concentration du coagulant en gramme par litre
d (cm) : diamètre en centimètre
D (ml)
DBO5 (mg/l)
: volume de coagulant en millilitre
: demande biochimique en oxygène en milligramme par litre
g (cm/s2) : accélération de la pesanteur en centimètre par seconde carrée
H+ : ion d’hydrogène
P (N/m2) : perte de charge en Newton par mètre carrée
Re : nombre de Reynold
Q (ml) : quantité de l’eau brute à traiter en millilitre
T (mg/l) : taux de traitement en milligramme par litre
v (cm/s) : vitesse en centimètre par seconde
ρ (g/cm3) : masse volumique en gramme par centimètre cube
µ (Po) : viscosité dynamique en Poise
ix
LISTE DES ILLUSTRATIONS
FIGURES
Figure 1: Etapes de traitement des eaux usées industrielles. ....................................... 10
Figure 2: Localisation géographique de l’usine Socolait. ............................................... 20
Figure 3: Courbe de variation de la DBO. ..................................................................... 26
Figure 4: Processus d’épuration par des disques biologiques. ..................................... 37
Figure 5: Processus d’épuration par lit bactérien. ......................................................... 38
Figure 6: Processus d’épuration par boues activées. .................................................... 38
Figure 7: Processus d’épuration par lagunage naturel. ................................................. 39
Figure 8: Processus d’épuration par lagunage aéré. ..................................................... 39
PHOTOGRAPHIES
Photo 1 : Aspect de l’échantillon 22
Photo 2 : Turbidimètre HACH 2100 P 23
Photo 3 : Conductimètre LF538 WTW 23
Photo 4 : pH-mètre SCHOTT G840 24
Photo 5 : Etuve du laboratoire d’analyse physico-chimique de JIRAMA 24
Photo 6 : Filtre à membrane du laboratoire d’analyse physico-chimique de JIRAMA 25
Photo 8 : Intérieur de l’appareil de mesure de la DBO 26
Photo 7 : Appareil de mesure de la DBO 26
Photo 9 : Appareillage pour la détérmination de la DCO – Bloc d’oxydation et ballons à
réaction 27
Photo 10 : Spectromètre SECOMAM S7501 28
Photo 11 : Réactifs utilisés pour les essais de coagulation-floculation : Chaux 2g/l,
Polymère AN 905, Sulfate d’alumine 10g/l 30
INTRODUCTION
1
Depuis quelques années, la préservation de l’environnement est devenue un sujet
d’une importance capitale pour notre société. En effet, les impacts des activités
humaines sont indubitablement réels, et menacent le devenir de la Terre.
Un des principaux acteurs de cette dégradation de l’environnement est les industries.
L’ignorance des impacts fait que ses activités sont sources d’une extrême pollution,
comme le rejet de fumées et le rejet des eaux usées. La prise en compte de ce
problème pousse les pays à instaurer des normes afin de limiter les dégâts sur la
nature. Pourtant, dans certains pays, comme Madagascar, ces normes ne sont pas
encore considérées à leur juste valeur.
L’industrie laitière est une filière qui génère de quantités importantes d’eaux résiduaires.
Comme toutes les usines, elle doit veiller à ce que ces eaux suivent les normes en
vigueur avant de les rejeter dans l’environnement.
Pour toutes ces raisons et dans le cadre de l’obtention du certificat ISO 14000,
l’industrie SOCOLAIT sise à Antsirabe projette de mettre en place une station de
traitement des eaux résiduaires. La réalisation d’un tel projet nécessite plusieurs études
pour pouvoir bien maîtriser le traitement. Toutefois, la qualité de l’effluent permet de
dire qu’un traitement primaire est obligatoire.
Ainsi, la connaissance des conséquences des rejets industriels et la considération
environnementale nous ont poussés à participer à la réalisation du projet, et à aborder
les travaux de recherche qui s’intitulent : « ANALYSE ET CLARIFICATION DES
EFFLUENTS DE L’USINE SOCOLAIT».
Afin de mener à bien notre étude, le travail comportera deux grandes parties :
1. La première partie nous relève les études bibliographiques sur la filière laitière et
les eaux usées ;
2. La deuxième partie concerne les études expérimentales, dans laquelle nous
allons étudier en premier lieu les différentes caractéristiques. En second lieu
nous allons proposer des solutions techniques en vue d’améliorer les paramètres
des effluents sur la clarification.
2
PREMIERE PARTIE :
ETUDES
BIBLIOGRAPHIQUES
3
I. GENERALITES SUR L’INDUSTRIE LAITIERE
I.1. Définitions
Le lait est un liquide biologique comestible généralement de couleur blanchâtre produit
par les glandes mammaires des mammifères femelles.
Selon le Congrès international de Genève en 1908, le lait est défini comme le produit
intégral de la traite totale et ininterrompue d'une femelle laitière bien portante, bien
nourrie et non surmenée. Il doit être recueilli proprement et être exempt de colostrum.
Cette définition inclut les laits des mammifères femelles tels que : la vache, la bufflonne,
la chamelle, la jument, la chèvre, la brebis, le renne et bien d’autres encore. Cependant,
le lait de vache reste le plus consommé à travers le monde, soit près de 90% de la
production (FAO 1990). De ce fait, il est le plus transformé par les industries laitières.
Ainsi, notre travail se focalisera sur cette filière.
I.2. Composition chimique
Le lait est constitué principalement d’eau, de matière grasse, des protéines, et de
minéraux. A part ces constituants, il contient également en trace des pigments, des
enzymes, des vitamines, des phospholipides et des gaz.
Cependant, les proportions des constituants peuvent varier selon la race, l’âge,
l’alimentation, l’environnement physique et la saison. Ainsi les compositions dans le
tableau ci-dessous ne sont que des valeurs moyennes
Tableau 1 : Composition du lait
CONSTITUANTS COMPOSITION MOYENNE EN %
Eau 87,5
Matière grasse 3,9
Protéines 3,4
Lactose 4,8
Minéraux 0,8
Source : Auteur
4
I.3. Transformation du lait
Du fait que le lait soit un aliment nutritif précieux, il est beaucoup consommé à travers le
monde, soit plus de 6 milliards de personnes. Il est pourtant facilement périssable et de
ce fait, peut causer des maladies chez le consommateur. La transformation en produits
laitiers peut alors prolonger sa durée de vie grâce à des techniques industrielles tels
que le refroidissement, la fermentation, ou encore la pasteurisation.
Le lait est transformé par les industries en différents produits laitiers, mais nous ne
citerons que quelques exemple dont : le beurre, le yaourt et le fromage.
I.3.1. Le beurre
Si le lait est une émulsion du type graisse dans l’eau, le beurre constitue quant à lui une
émulsion eau dans graisse.
Le beurre est un produit obtenu à partir de la crème du lait.
Au tout début, les techniques de fabrication du beurre étaient encore artisanales et
utilisaient les barattes traditionnelles. Désormais, grâce à l’évolution, les procédés sont
à l’échelle industrielle et incluent plusieurs étapes :
Séparation de la matière grasse du lait : la crème du lait étant le produit
nécessaire pour la fabrication du beurre.
Pasteurisation de la crème : cette étape se fait à une température allant jusqu’à
95°C afin de détruire les enzymes et micro-organismes pouvant altérer la
conservation du beurre.
Maturation de la crème et acidification : elle correspond à un cycle de
température soumis à la crème pour que la matière grasse ait une certaine
structure cristalline en se refroidissant. La maturation dure entre 12 et 15
heures, ensuite sont ajoutés les ferments acidifiants.
Traitement thermique
Barattage/malaxage : le barattage consiste à agiter fortement la crème pour que
les globules gras se décomposent, provoquant ainsi la coalescence de la
matière grasse en grains de beurre. On obtient alors : les grains du beurre et le
babeurre. On malaxe ensuite le beurre pour avoir l’émulsion phase aqueuse
dans la phase grasse.
5
I.3.2. Yaourt
Le yaourt, yogourt ou yoghourt est le produit obtenu par la fermentation du lait grâce
aux bactéries lactiques thermophiles Lactobacillus bulgaricus et Streptococcus
thermophilus. Elles doivent être ensemencées simultanément et se trouver vivantes
dans le produit fini.
Le procédé général de fabrication du yaourt n’est pas très complexe :
Traitement thermique : il se fait en 30 minutes à une température avoisinant les
85°C, ou bien en 10 minutes à 90 ou 92°C. Cette étape a pour but de détruire les
micro-organismes pathogènes, mais aussi de dénaturer les protéines solubles.
Homogénéisation : elle se fait à une température de 85 à 90 °C avec des
pressions proches de 250 atmosphères.
Ensemencement : après les deux étapes précédentes, le lait est refroidi à la
température d’ensemencement, et mis en cuve.
On distingue plusieurs sortes de yaourt tels que : le yaourt brassé, le yaourt ferme, le
yaourt à boire. Chacun d’eux nécessite encore des traitements supplémentaires
spécifiques après le processus général ci-dessus.
I.3.3. Le fromage
Selon la norme FAO/OMS n° A-6 (1978, modifiée en 1990), le fromage est le produit
frais ou affiné, solide ou semi-solide, dans lequel le rapport protéines de
lactosérum/caséine n'excède pas celui du lait, obtenu:
par coagulation du lait, lait écrémé, lait partiellement écrémé, crème de
lactosérum ou babeurre, seul ou en combinaisons, grâce à l'action de la présure
ou d'autres agents coagulants appropriés, et par égouttage partiel du lactosérum
résultant de cette coagulation;
par l'emploi de techniques de fabrication entraînant la coagulation du lait et/ou
des matières obtenues à partir de lait, présentant des caractères physiques,
chimiques et organoleptiques similaires à ceux du produit défini plus haut.
6
II. GENERALITES SUR LES EAUX USEES
II.1. Définition
Les eaux usées sont ces eaux altérées par l’activité humaine. Elles contiennent de ce
fait des polluants. On les appelle aussi les eaux résiduaires.
II.2. Types des eaux usées
D’après Larousse agronomique 1985, les eaux usées sont l’ensemble des eaux
ménagères, des eaux industrielles, des eaux de service public, des eaux de drainage et
des eaux-vannes.
Eaux ménagères : encore appelées eaux grises, elles proviennent des usages
domestiques tels que la lessive, les eaux de bain, l’arrosage, la machine à
laver… elles sont alors polluées par les produits chimiques (détergents, savon…)
de matières organiques (provenant de la cuisine), et de matières en suspension
(débris de terres, sables …)
Eaux industrielles : les usines utilisent l’eau pour les machines et les
installations (eau de refroidissement, eau de chaudière …), les différents
procédés de fabrication (papeterie, industrie textile…), mais aussi pour le lavage
(carrelage, machines). Leurs caractéristiques varient beaucoup, selon les
activités de l’usine. Les polluants sont ainsi très divers : polluant organique,
produit toxique, métaux lourds, hydrocarbures …
Les eaux de service public : elles sont issues des usages urbains comme les
urinoirs, les lavoirs, les hôpitaux, les lavages des rues …
Les eaux de drainage : ou eau de ruissellement, pendant son écoulement, les
eaux de pluies se chargent de différents polluants : métaux lourds, carburants,
hydrocarbures, débris de terres…
Les eaux-vannes : ou eaux noires, ce sont les eaux des toilettes. Elles sont
composées de matières fécales et d’urines.
II.3. Caractéristiques de l’eau résiduaire industrielle
Beaucoup sont les paramètres qu’il faut prendre en compte lorsque l’on parle d’eau
usée dont : la turbidité, les matières en suspension (MES), la Demande Biochimique en
7
Oxygène (DBO), la Demande Chimique en Oxygène (DCO), l’azote global et le
phosphore total.
II.3.1. La turbidité
C’est la propriété d’une eau d’être trouble. Elle donne une indication sur l’abondance
des matières en suspension dans l’eau.
La mesure de ce paramètre est importante. En effet, si elle est élevée, cela empêche la
propagation de la lumière, ce qui limite et même élimine les végétaux.
II.3.2. Matières en suspension (MES)
Les matières en suspension sont l’ensemble des matières solides insolubles visibles à
l’œil nu présentes dans un liquide. Les teneurs sont très variables, elles peuvent être
fonction de la saison, de la pluviométrie, des rejets …
Il est aussi nécessaire de connaitre ce paramètre car la présence des matières en
suspension provoque la mort des poissons et empêche aussi la pénétration de la
lumière dans l’eau.
II.3.3. Demande chimique en oxygène (DCO)
Par définition, ce paramètre représente la quantité de dioxygène nécessaire à
l’oxydation de l’ensemble des matières organiques et minérales contenues dans l’eau,
par oxydo-réduction. Cette donnée est représentative de la pollution organique et
chimique.
II.3.4. Demande biochimique en oxygène (DBO)
Par définition, c’est le besoin en dioxygène d’une eau pour assurer la dégradation
biochimique des matières organiques.
Le rapport DCO/DBO5 évalue l’aptitude à la biodégradation, donc la nécessité de
traitement biologique :
DCO/DBO5 < 3 : effluent facilement biodégradable ;
3 < DCO/DBO5 < 5 : effluent moyennement dégradable ;
8
DCO/DBO5 > 5 : effluent difficilement biodégradable, voire même non
biodégradable.
II.3.5. Azote et phosphore
Ces paramètres sont très importants car des teneurs élevées peuvent provoquer une
eutrophisation des lacs et des cours d’eau. Ce phénomène se caractérise par une
prolifération des algues et la diminution de l’oxygène dissous, ce qui appauvrit la faune
et la flore des eaux superficielles.
L’azote peut se présenter sous plusieurs formes : azote ammoniacal, azote Kjeldahl,
azote nitreux, azote nitrique.
Le phosphore est l’ensemble de : orthophosphates, polyphosphates et phosphate
organique.
9
III. TRAITEMENT DES EAUX USEES INDUSTRIELLES
Le traitement des eaux usées industrielles a pour but d’éviter que le milieu récepteur
subisse les conséquences de ses activités. Cependant, les caractéristiques ne sont pas
les mêmes pour chaque industrie, mais dépendent de l’utilisation de l’eau dans les
activités.
III.1. Caractérisation générale des effluents
Compte tenu de la variabilité des caractéristiques des eaux usées, il faut considérer
quelques paramètres avant d’envisager le type de traitement adéquat.
Fabrications types, capacités et cycles, matières premières consommées
Composition de l’eau d’appoint dans l’usine
Possibilité de séparation de rejets, et/ou de recyclages
Volumes journaliers d’effluents par catégorie
Débits horaires moyens et maximaux
Flux de pollution moyen, maximal par catégorie de rejet pour une pollution
spécifique de l’industrie
III.2. Procédé général de traitement des eaux usées industrielles
Comme il a été cité auparavant, chaque industrie produit différente eau résiduaire selon
ses activités, et de ce fait, chacune doit envisager des techniques appropriées. Ceci
étant, il y a les procédés généraux de traitement successifs : le prétraitement, le
traitement primaire, le traitement secondaire, et le traitement tertiaire.
Le diagramme ci-après nous résume le procédé général de traitement des eaux usées
industrielles :
10
Figure 1 : Etapes de traitement des eaux usées industrielles.
11
III.2.1. Prétraitement
Cette étape consiste à éliminer les gros débris solides, sables, graisses et huiles. Il
comprend les opérations de dégrillage, dessablage, déshuilage, dilacération,
débourbage, macrotamisage.
Dégrillage : c’est la première opération à laquelle on fait passer les eaux usées
dès leur arrivée à la station d’épuration. Les débris volumineux sont retenus par
des grilles.
Dessablage : il permet d’éliminer les matières en suspension de taille importante
ou de densité élevée par décantation. Cette étape est très importante pour éviter
le bouchage des canalisations et protéger les équipements contre l’abrasion.
Déshuilage : il favorise la remontée des corps gras moins dense que l’eau.
Dilacération : elle a pour but de « désintégrer » les matières solides charriées par
l’eau. Au lieu d’être extraites de l’effluent brut, ces matières sont déchiquetées au
passage et poursuivent le circuit de l’eau vers les stades de traitement suivant.
Débourbage : il constitue une pré-décantation dont le but est d’éliminer la totalité
des sables fins et le plus possible de limons
Macrotamisage : il est destiné à retenir certaines matières en suspension,
flottantes et semi-flottantes, débris végétaux ou animaux, insectes, algues, … de
dimensions comprises entre 0,2 mm et quelques millimètres.
Ces opérations ne sont pas obligatoires mais dépendent de la qualité de l’eau à traiter.
III.2.2. Traitement primaire
Cette étape contribue à une séparation physique, liquide-solide afin de retenir les
matières en suspension dans l’effluent.
Les opérations possibles pour cette étape sont : la coagulation-floculation, la
décantation, la flottation, et la filtration.
III.2.2.1. Coagulation-floculation
Cette étape constitue la clarification de l’eau.
Coagulation : La coagulation est par définition la déstabilisation des particules
colloïdales, qui peut notamment être obtenu par neutralisation de leurs charges
12
électriques. Le produit utilisé est le coagulant. Il peut décharger les colloïdes
généralement électronégatifs dans l’eau, et donner naissance à un précipité.
Il existe plusieurs types de coagulants : les sels d’aluminium (sulfate
d’aluminium, chlorure d’aluminium, polymère d’aluminium), les sels de fer
(chlorure ferrique, sulfate ferrique, sulfate ferreux) et d’autres coagulants (sulfate
de cuivre, ozone)
Al3+ + 3H20 Al(OH)3 + 3H+
Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+
Floculation : La floculation est constituée par l’agrégation des particules
déchargées par transport et la mise en contact les unes avec les autres. On
obtient par la suite les flocs. Certains produits peuvent amorcer ce phénomène
de floculation, ce sont les floculants.
Il existe aussi un certain nombre de floculants : la silice activée, les autres
floculants minéraux (charbon actif, sable fin, certains argiles), et les floculants
organiques (alginates, polymères organiques)
Pour connaitre le taux de traitement optimal pour la clarification d’une eau, des essais
en laboratoire doivent être effectués : c’est le JAR-TEST. Les essais consistent à
apprécier la qualité de la floculation ainsi que la turbidité minimale après introduction
d’une quantité croissante de réactifs dans plusieurs béchers.
Le pH d’une bonne floculation étant compris entre 6,5 et 7,5, il est souvent nécessaire
de régler ce paramètre par ajout de produit basique (chaux par exemple) quand l’eau
est trop acide.
III.2.2.2. Décantation
Il existe deux matières décantables : les particules grenues qui se sédimentent
indépendamment les uns des autres avec une vitesse constante, et les particules plus
ou moins floculées issues d’une agglomération naturelle ou de l’opération de floculation.
13
Décantation des particules grenues : dans un liquide au repos, une particule
grenue s’accélère d’abord, puis prend une vitesse constante appelée vitesse
terminale qui peut se calculer grâce à la formule de Newton :
���� =4. �����. (�� − ��)
3� ��
Tel que : � = �����
v : vitesse terminale en cm/s
d : diamètre de la particule cm
ρs et ρe : masses volumiques de la particule et du fluide en g/cm3
C : coefficient de trainée
g : 981 cm/s2
Re : nombre de Reynolds
n et a : coefficients
Décantation des particules plus ou moins floculées : pour cette décantation,
la concentration de matières peut être faible et le floc dispersé décante comme
s’il était seul : on parle alors de la décantation diffuse. D’autre part cette
concentration peut être élevée, et l’abondance des flocs crée une décantation
d’ensemble freinée, caractérisée par une interface nettement marquée entre la
masse boueuse et le liquide surnageant : c’est la décantation en piston.
III.2.2.3. Flottation
Cette opération fait appel à la différence de masse volumique entre le liquide et les
particules. Contrairement à la décantation, la masse volumique des particules doit être
inférieure à celle du liquide qui les renferme. La flottation provient de l’aptitude qu’ont
les particules à s’unir avec des bulles de gaz (des bulles d’air le plus souvent) pour
former l’ensemble « particules-gaz ». La résultante des forces (pesanteur, poussée
d’Archimède, force de résistance) entraine cet ensemble à monter en surface. Ce
déplacement ascendant est régi par l’équation de Stokes, qui donne la vitesse de
l’ensemble « particules-gaz ».
18
)( 2gdv se
14
V : vitesse de flottation en cm/s
ρe : masse volumique du liquide en g/cm3
ρs : masse volumique des particules en g/cm3
d : diamètre des particules en cm
g : accélération de la pesanteur : 981 cm/s2
µ : viscosité dynamique en Po
III.2.2.4. Filtration
L’opération fait intervenir une membrane poreuse qu’on appelle filtre. Il retient les
matières en suspension et fait passer le liquide qui est le filtrat. Le phénomène
d’écoulement du liquide est régi par la loi de Darcy :
kPµR
PV
V : vitesse d’écoulement
P : perte de charge
µ : viscosité dynamique
R : résistance du milieu
III.2.3. Traitement secondaire
On appelle aussi ce procédé le traitement biologique. En effet, il fait intervenir les
bactéries qui consomment les matières organiques présentes dans les eaux
résiduaires. On distingue les procédés biologiques aérobies (en présence d’oxygène) et
les procédés biologiques anaérobies (à l’abri de l’air).
On peut aussi classer les traitements suivant que les bactéries soient cultivées
librement ou qu’on ait une culture bactérienne fixe.
III.2.3.1. Procédé aérobie à culture bactérienne libre
Il existe plusieurs types de procédé à culture bactérienne libre :
Boues activées : les procédés par boues activées comportent essentiellement
une phase de mise en contact de l’eau à épurer dans un bassin d’aération, avec
15
les bactéries épuratrices. L’eau épurée passe ensuite dans un clarificateur qui
sépare les flocs formés de l’eau.
Lagunage : il consiste à laisser stabiliser les boues d’épuration dans les fossés
naturels ou artificiels pour que les phénomènes d’autoépuration s’effectuent
comme dans les milieux aquatiques naturels. Les bassins de lagunage
fonctionnent, comme les écosystèmes, en relation symbiotique avec les plantes,
les bactéries, les algues, les poissons …
III.2.3.2. Procédé aérobie à culture fixe
Lits bactériens : appelés aussi filtre bactérien ou filtre percolateur, le principe
consiste à faire ruisseler l’eau déjà décantée, sur une masse de matériau de
grande surface spécifique, servant de support aux micro-organismes épurateurs.
Ces matériaux sont de divers types : pouzzolane, coke métallurgique, cailloux
siliceux concassés.
III.2.4. Traitement tertiaire
Le traitement tertiaire vise à améliorer la qualité des eaux de rejet sortant du traitement
primaire et secondaire.
On peut soit :
Améliorer les paramètres classiques comme les DBO, DCO, MES par les
techniques plus avancées telles que : microtamisage, filtration sur sables,
lagunage…
Agir sur les paramètres qui n’ont pas encore été pris en compte dans les
traitements antérieurs comme les bactéries, l’azote, le phosphore … on peut
faire recours à la désinfection et des techniques comme la dénitrification de
l’azote et la précipitation du phosphore.
III.3. Normes de rejet à Madagascar
Les industries ont, non seulement une obligation morale, mais surtout d’ordre juridique,
de traiter leurs eaux usées avant de les rejeter. Les normes de rejet en sont leur
référence.
16
Pour le cas de Madagascar, c’est l’Office National pour l’Environnement, sous tutelle du
Ministère de l’Environnement, des Eaux et des Forêts, qui s’occupe de la prévention
des risques environnementaux dans les investissements publics et privés et de la lutte
contre les pollutions.
Le tableau ci-contre illustre les normes de rejet à Madagascar.
Tableau 2 : Normes de rejet à Madagascar
PARAMETRES UNITES NORMES
FACTEURS ORGANOLEPTIQUES ET PHYSIQUES
pH 6,0 – 9,0
Conductivité μS/cm 200
Matières en suspension mg/l 60
Température °C 30
Couleur Echelle Pt/Co 20
Turbidité NTU 25
FACTEURS BIOLOGIQUES
DBO mg/l 150
DCO mg/l 50
Source: Ministère de l’environnement Décret n°2003/ 464 portant classification des
eaux de surfaces et réglementation des rejets d’effluents aqueux.
17
IV. DESCRIPTION DES EFFLUENTS DE L’INDUSTRIE
LAITIERE
IV.1. Origines des effluents
La production de l’usine n’est pas forcément la même chaque jour. Cependant, la
charge polluante provient généralement de deux facteurs :
Les produits laitiers eux-mêmes : matières premières ou produits finis
Les produits utilisés pour le nettoyage : produits acides (acide nitrique) ;
produits basiques (à base de soude) ; produits stérilisants (eau de javel)
Chaque activité d’une usine génère différentes eaux polluées.
Réception de lait : l’effluent correspond au lavage des récipients, des bidons,
ou des citernes. Il y aussi les pertes de lait au sol durant les transferts.
Tanks de stockage : la pollution est due au lavage des tanks, où il reste encore
une petite quantité de lait.
Pasteurisateur : l’appareil nécessite aussi des lavages, et si la grande partie du
lait est récupérée avant l’ouverture de la vanne, la pollution sera plus faible.
Fromagerie : le lavage des matériels, des tables d’égouttage et du circuit de
représente un rejet de charge polluante. Ceci étant, il faut prendre en compte le
rejet de sérum qui est en grande quantité dans une fromagerie. Il n’est pas
désirable de le mélanger aux effluents laitiers, mais plutôt de le valoriser en
alimentation animale, ou en autres produits tels que du jus.
Beurrerie : l’atelier produit une forte charge polluée lors des lavages des
beurres. Comme le sérum, il n’est pas conseillé de rejeter le babeurre avec les
eaux usées.
Atelier de poudre de lait : les poudres de lait sont fabriquées dans des tours qui
nécessitent des lavages. Ce nettoyage représente l’eau résiduaire générée par
l’activité.
Lavage des sols : elle nécessite un gros débit d’eau, elle représente parfois la
moitié de la consommation de l’usine ; mais la charge polluante n’est pas très
élevée.
18
IV.2. Caractéristiques des effluents
La filière laitière rejette une quantité considérable d’effluents au cours de ses différentes
activités. Ces eaux résiduaires varient, non seulement en quantité (débit) mais aussi en
caractéristiques, car comme nous l’avons cité plus haut, chaque activité d’une usine de
laiterie génère différentes eaux usées.
D’autre part, outre la grande variabilité des caractéristiques des effluents, les eaux
usées de l’industrie laitière sont aussi marquées par sa biodégradabilité. En effet, les
DBO5 produites par chaque atelier sont assez considérables.
Tableau 3 : Valeurs de la DBO selon quelques activités.
ACTIVITES MASSE DE DBO5 PRODUITE PAR 100 L DE LAIT TRAITE
Beurre 100 à 300
Fromage 650 à 1050
Poudre de lait 100 à 300
Source : Mémento technique de l’eau.
Ces valeurs sont particulièrement élevées. Cependant, il faut savoir que le rapport ���
���
est proche de 1 pour les effluents laitiers. Cela confirme que les eaux résiduaires de la
filière laitière sont très biodégradables.
DEUXIEME PARTIE :
ETUDES
EXPERIMENTALES
19
I. DESCRIPTION DE L’USINE
Afin de mener à bien la mise en place d’une station d’épuration, une étude de
l’emplacement de l’usine, ainsi que ses activités est importante. En effet, la conception
de station d’épuration doit d’abord tenir compte des données en amont qui sont les
types de fabrications dans l’entreprise, les capacités et cycles de production, les
matières premières consommées, les débits journaliers des effluents. Puis, il y a les
données en aval pour la bonne définition d’une station d’épuration. Il s’agit du milieu
récepteur qui va accueillir le rejet d’eau épurée.
I.1. Localisation géographique
La Société Socolait se trouve à Antsirabe, Madagascar sur la Route Mandaniresaka
Antsirabe 110 et est traversée par la Route Nationale Numéro 7.
20
Figure 2: Localisation géographique de l’usine Socolait.
Source : Google Earth Pro.
I.2. Les productions de l’usine
Les productions faites par l’usine sont de deux sortes : produits laitiers frais et les
produits de longue conservation.
Les produits frais sont : les yaourts, les fromages, et les beurres. Ces activités génèrent
des eaux usées tant dans la production elle-même, mais aussi par les lavages des
matériels et des cuves de stockage.
Les produits de longue conservation sont : les farines infantiles, les laits concentrés, les
laits en poudre. Ils produisent aussi des quantités considérables d’effluents.
21
II. CARACTERISATION DES EFFLUENTS
Comme il a été déjà cité auparavant, les effluents laitiers se caractérisent par leur
variabilité, que ce soit sur les paramètres biologiques, que sur les paramètres
physiques. Cela s’explique par le fait que la production journalière de l’usine est
différente, ainsi, le débit et la qualité des eaux de rejets sont alors fonction de cette
production.
Pour que notre étude soit représentative, nous avons effectué deux prélèvements. Les
productions qui les ont générés sont dans le tableau ci-contre.
Tableau 4 : Production lors des prélèvements
PRELEVEMENT DU 17 FEVRIER 2017 PRELEVEMENT DU 23 FEVRIER 2017
Yaourt
Fromage frais
Camembert
Farilac
Yaourt
Fromages
Farilac
Lait concentré
Source: SOCOLAIT
Ces prélèvements ont été effectués dans le bassin d’évacuation des eaux usées de
l’usine.
II.1. Paramètres physiques et organoleptiques
A première vue, l’effluent présente beaucoup de matières non dissoutes : des débris de
terre et de végétaux, des insectes et des matières provenant du lait lui-même. Elle est
d’une couleur blanchâtre, et très trouble. Aussi, l’effluent présente une odeur très
désagréable.
22
Ainsi, il faut faire l’analyse des paramètres physiques pour connaitre la qualité de l’eau
déversée, mais surtout pour avoir une idée de l’efficacité de traitement lors des essais
de clarification ultérieurs.
Tableau 5 : Caractéristiques physiques des effluents.
PARAMETRES 1er ECHANTILLON 2eme ECHANTILLON
Turbidité (NTU) 487 284
pH 4,5 5,6
Conductivité (µS/cm) 2480 520
MES (mg/l) 275 910
Source : Auteur.
Le tableau ci-dessus montre que les valeurs des paramètres dépassent largement
celles des normes de rejet. Il prouve aussi la grande variabilité des caractéristiques des
effluents, selon les productions d’où ils sont issus
Photo 1 : Aspect de l’échantillon
23
DESRCRIPTION DES MATERIELS UTILISES
Turbidimètre HACH 2100 P
Il est utilisé pour la mesure de la turbidité d’une eau. Dans notre cas, les valeurs
montrent que l’eau est très trouble.
Conductimètre LF538 WTW
Elle est destinée à mesurer la conductivité de l’eau. Celui-ci révèle aussi la
minéralisation de l’eau. Pour le 1er échantillon, la minéralisation est très élevée, tandis
que le deuxième est moyennement accentué. Ceci dit, des modifications importantes
peuvent intervenir rapidement au cours de la journée.
Photo 2 : Turbidimètre HACH 2100 P
Photo 3 : Conductimètre LF538 WTW
24
pH-mètre SCHOTT G840
Il nous permet de déterminer le pH de la solution.
L’acidité de l’effluent peut s’expliquer par le fait que le lait est très fermentescible.
Etuve
Pour la mesure des MES d’une eau, la membrane utilisée doit passer dans l’étuve
avant et après filtration.
Photo 4 : pH-mètre SCHOTT G840
Photo 5 : Etuve du laboratoire d’analyse physico-chimique de JIRAMA
25
Filtre à membrane
Cet appareil permet de filtrer l’eau brute, afin de retenir les matières en suspension.
Les matières en suspension sont déduites de la formule :
Mo : Masse à vide du filtre séché à l’étuve (mg)
M1 : Masse du filtre ajoutée de la masse de boue (mg)
V : Volume de l’eau filtrée (l)
II.2. Facteurs biologiques
Ces paramètres permettent de décrire la pollution organique de l’eau usée.
II.2.1. DBO5
Le paramètre est donné par l’appareil de mesure DBO-mètre. L’appareil nécessite une
estimation au préalable. Pour le 1er échantillon, nous avons jugé la DBO inférieure à
400 mg/l, mais au 3ème jour, l’appareil a donné une dernière valeur de 480 mg/l. Pour
pouvoir déterminer la DBO5 de l’effluent, une courbe est ainsi indispensable.
MES = �����
� (mg/l)
Photo 6 : Filtre à membrane du laboratoire d’analyse physico-chimique de JIRAMA
26
Tableau 6 : Variation journalière de la DBO.
Période 1er jour 2ème jour 3ème jour
DBO 270 410 480
Source : Auteur
Figure 3: Courbe de variation de la DBO.
D’après cette courbe, la valeur de la DBO est estimée entre 550 et 600 mg/l.
0
100
200
300
400
500
600
0 1 2 3 4 5 6
Photo 8 : Appareil de mesure de la DBO Photo 7 : Intérieur de l’appareil de mesure de la DBO
27
II.2.2. DCO
La détermination de la DCO est faite selon la méthode de référence NF T90-101.
Pour le 1er échantillon, nous n’avons pas trouvé la valeur car il fallait diluer l’eau usée.
Pour le 2ème échantillon, la DCO est de 721,92 mg/l, une valeur très élevée par rapport
à la norme de rejet.
II.3. Paramètres chimiques
Selon les normes, il existe beaucoup de facteurs chimiques dont il faut analyser
l’existence et la teneur avant de pouvoir rejeter l’effluent dans la nature. Ceci étant,
pendant nos travaux pratiques, nous avons pu mesurer les teneurs en : ammonium
NH4+, nitrite NO2
-, et nitrate NO3-.
Photo 9 : Appareillage pour la détermination de la DCO –
Bloc d’oxydation et ballons à réaction
28
Tableau 7 : Paramètres chimiques des effluents
Paramètres 1er échantillon 2ème échantillon
NH4+ (mg/l) 0,46 0,496
NO2- (mg/l) 0,016 0,906
NO3- (mg/l) 91,373 3,67
Source : Auteur
Selon ce tableau, seuls le nitrate du 1er échantillon et le nitrite du 2ème échantillon
posent problème car ils dépassent les normes.
L’ammonium, le nitrate et le nitrite sont dosés à l’aide du spectromètre S7501 de
marque SECOMAM par les méthodes aux réactifs respectivement : méthode de
NESSLER, méthode au salicylate de sodium, méthode au réactif de ZAMBELLI (voir
annexe).
Photo 10 : Spectromètre SECOMAM S7501
29
III. EXPERIENCES DE COAGULATION-FLOCULATION
SUR LES EFFLUENTS
Le traitement a pour objectif de clarifier l’eau brute. Les expériences visent alors à
déterminer le taux de traitement optimal pour une turbidité minimale grâce au JAR-
TEST.
III.1. Matériels et réactifs utilisés
III.1.1. Matériels
Pour les expériences, les matériels nécessaires sont :
Un floculateur marque ORCHIDIS
Cinq à six vases de 1litre
Un siphon
Un chronomètre
pH-mètre SCHOTT G840
Turbidimètre HACH 2100 P
Agitateur
Pipette
Béchers
III.1.2. Réactifs
Pour les expériences, le coagulant utilisé est le sulfate d’alumine Al2(SO4)3 de
concentration 10g/l et le floculant est le polymère AN 905.
D’après l’analyse de l’effluent, le pH est acide, donc il est nécessaire d’ajouter de la
base pour avoir le pH de bonne floculation. Deux produits ont été utilisés lors des
essais dont : de la chaux 2g/l et de la soude caustique 3N.
30
III.2. Méthode d’analyse
Afin de connaitre la dose optimale de coagulant et floculant, nous avons effectué deux
expériences chacun pour les deux échantillons. Après les expériences, la qualité des
flocs est jugée, et les turbidités sont mesurés afin d’apprécier l’efficacité du traitement.
Le volume de coagulant qu’il faut verser à chaque taux de traitement est déduit de la
formule :
Q : quantité de l’eau brute à traiter (ml)
t : taux de traitement ou dosage du coagulant utilisé (mg/l)
C : concentration du coagulant (g/l)
D : volume du coagulant (ml)
Avant de passer aux expériences, les pH sont pris et ajustés avec de la soude 3N ou de
la chaux pour avoir le pH de bonne floculation (6,5 – 7,5) car l’effluent est souvent
acide.
Qt = CD
Photo 11 : Réactifs utilisés pour les essais de coagulation-
floculation : Chaux 2g/l, Polymère AN 905, Sulfate d’alumine 10g/l
31
III.3. Résultats d’analyse
III.3.1. Expériences de coagulation-floculation avec le 1er échantillon d’eau usée
III.3.1.1. 1ère expérience
Pour la 1 ère expérience, le pH de l’échantillon est de 4,7. Nous avons ajusté ce pH par
la solution de chaux de concentration 2g/l. Pour un volume de 3 litres d’eau brute, il a
fallu 780 ml de cette chaux pour avoir un pH égal à 6,8.
La réaction qui se passe s’écrit comme-suit :
432342 3)(2)(3)( CaSOOHAlOHCaSOAl
Tableau 8 : 1er essai de coagulation-floculation sur le 1er échantillon.
N° béchers 1 2 3 4 5
Volume d’eau (ml) 500 500 500 500 500
Taux de traitement
(mg/l)
20 30 40 50 60
Volume de Al2(SO4)3
versé (ml)
1 1,5 2 2,5 3
Volume de polymère
versé (gouttes)
1 1 1 1 1
Aspect flocuneux Petit Petit Petit Petit Moyen
Turbidité de l’eau
décantée (NTU)
41,4 44,5 25,6 25,6 20
Source : Auteur
Pour cette expérience, la dose optimale de coagulant est de 60 g/l car il correspond à
une valeur de turbidité de l’eau décantée égale à 20 NTU, seule à être dans les
normes. Donc, afin d’améliorer la clarification de l’effluent, nous pouvons le taux de
traitement.
32
III.3.1.2. 2ème expérience
Faute de manque d’eau, nous n’avons pas pu réaliser convenablement la 2ème
expérience, car nous n’avons effectué qu’un seul taux de traitement avec le reste d’eau,
soit 500ml.
Le pH de l’eau a été ajusté par 0,25 g de chaux concentré. Nous avons dépassé la
grille de bonne floculation, soit pH égal à 11,5. Ainsi nous avons ajouté quelques
gouttes de H2SO4 concentré pour avoir un pH égal à 6,4.
Tableau 9 : 2ème expérience de coagulation-floculation sur le 1er échantillon
Volume d’eau (ml) 500
Taux de traitement (mg/l) 100
Volume d’Al2 (SO4)3 versé (ml) 5
Volume de polymère versé 2 gouttes
Aspect flocuneux Petit
Turbidité de l’eau décantée (NTU) 80
Source : Auteur
Même si nous avons augmenté le taux de traitement et le volume de polymère, le
résultat n’est pas satisfaisant car l’eau est encore très trouble (turbidité = 80 NTU). Ceci
peut s’expliquer par le fait que la qualité de l’eau n’est pas la même lors des deux
essais. En effet, la première prise présentait seulement des fines particules et la
floculation s’est déroulée normalement. Par contre, pour la 2ème prise, l’eau est non
seulement très trouble, mais présentait aussi beaucoup de matières grossières (débris
de terre, de végétaux) qui se sont déposés au fond du bidon. Il a fallu donc bien
secouer le bidon avant les prises pour que l’eau à traiter soit bien homogène.
III.3.2. Expériences de coagulation-floculation avec le 2ème échantillon
III.3.2.1. 1ère expérience
Le pH du 1er échantillon est de 5,6. Nous avons ajusté le pH par la soude caustique 3N.
Pour une préparation de 4l d’effluent, il faut 60 gouttes de la soude pour avoir le pH
optimal 6,8.
33
La réaction qui se passe s’écrit comme suit :
423342 3)(26)( SONaOHAlNaOHSOAl
Tableau 10 : 1er expérience de coagulation-floculation sur le 2ème échantillon
N° béchers 1 2 3 4 5 6
Volume d’eau (ml) 500 500 500 500 500 500
Taux de traitement
(dosage d’alumine
utilisé) (mg/l)
100 125 150 175 200 225
Volume d’Al2(SO4)3
versé (ml)
500 6,25 7,5 8,75 10 11,25
Volume de
polymère versé
10 gouttes 10 gouttes 10 gouttes 10 gouttes 10 gouttes 10 gouttes
Aspect flocuneux Moyen Moyen Moyen Moyen Moyen Moyen
Turbidité de l’eau
décantée (NTU)
7,19 6 4,02 4,80 6,06 8,88
Source : Auteur
Tous les taux de traitement sont ainsi efficaces car ils correspondent à des turbidités
inférieures à la norme, soit 25 NTU.
III.3.2.2. 2ème expérience
Pour cette 2ème expérience, nous avons voulu confirmer l’efficacité du traitement
précédent. Cette fois-ci, le volume d’effluent dans chaque vase est de 1000 ml. Le pH a
été ajusté à 7,5 par 60 gouttes de la soude 3N pour 4 litres de l’effluent.
34
Tableau 11 : 2ème expérience de coagulation-floculation sur le 2ème échantillon
N° béchers 1 2 3
Volume d’eau (ml) 1000 1000 1000
Taux de traitement (mg/l) 150 160 170
Volume de Al2(SO4)3 versé (ml) 15 16 17
Volume de polymère versé (gouttes) 20 20 20
Aspect flocuneux Petit Petit Petit
Turbidité de l’eau décantée (NTU) 31,7 45,6 39,8
Source : Auteur
Les résultats ne correspondent pas aux valeurs trouvées lors de la 1ère expérience.
Comme pour le 1er échantillon, la qualité de l’effluent prélevé pour les deux expériences
est très différente : la prise de la 1ère expérience était moins trouble et présentait moins
de débris de matières grossières par rapport à celle de la 2ème expérience.
III.3.3. Résultats d’analyse
Après traitement, nous avons pu constater les résultats d’analyse comme illustre le
tableau ci-contre.
Tableau 12 : Présentation des résultats.
1er échantillon 2ème échantillon
1ère expérience 2ème expérience 1ère expérience 2ème expérience
Constatation Petits flocs, mais
turbidité dans les
normes
Turbidité loin des
normes car eau
brute présentant
beaucoup de
matières
grossières
Flocs moyens,
Turbidité dans
les normes
Turbidité loin des
normes car eau
brute présentant
beaucoup de
matières
grossières
Source : Auteur
35
III.3.4. Interprétation des résultats
Pour les deux échantillons, le même problème est survenu : les résultats ne sont pas
reproductibles. Ceci peut s’expliquer par le fait que la qualité de l’effluent à chaque
essai est différente. Il a donc fallu bien homogénéiser l’eau, ou bien refaire l’analyse de
tous les paramètres avant chaque essai pour se faire une idée de l’efficacité du
traitement.
Ceci étant, nous avons quand même pu observer la floculation à chaque essai.
A chaque 1ère expérience, la floculation se déroule bien car les turbidités sont proches
(1er échantillon) et même dans les normes (2ème échantillon). Pour améliorer les
résultats, il a donc fallu augmenter les taux de traitements par le coagulant, ou ajouter
de floculant pour favoriser la formation des flocs ou les grossir.
Par contre, les résultats des expériences qui ont suivi n’étaient pas satisfaisants car les
turbidités sont très loin des normes. Ceci peut être dû à la présence de grosses
matières (débris de terre, de végétaux) qui ont pu gêner la bonne formation des flocs.
Ainsi, un prétraitement aurait dû être envisagé pour éliminer ces matières, comme le
dégrillage.
III.3.5. Proposition de solution
Les expériences que nous avons menées peuvent encore être améliorées par des
prétraitements qui précèdent la clarification, et par une rectification des dosages de
coagulant et de floculant.
Tableau 12 : Proposition de solution
1er échantillon 2ème échantillon
1er expérience 2ème expérience 1er expérience 2ème expérience
Constatation Petits flocs Abondance des
matières
grossières
Flocs moyens Abondance des
matières grossières
Proposition de
solution
Amélioration du taux
de traitement et
rajout de polymère
Dégrillage Rajout de
polymère
Dégrillage
Source : Auteur
36
IV. PROPOSITION DE PROCEDE DE TRAITEMENT
Même si le traitement de clarification s’avère efficace pour l’effluent laitier, il n’est pas
suffisant car seule la turbidité est le paramètre qui a suivi les normes. De ce fait, il faut
envisager encore d’autres traitements qui précèdent et qui suivent la coagulation-
floculation. Les efficacités de ces traitements doivent être vérifiées ultérieurement.
IV.1. En amont de la clarification
Comme nous l’avons remarqué, les résultats des essais de coagulation-floculation ne
sont pas reproductibles car des prises de l’effluent présentaient beaucoup de débris de
terre et de végétaux. Cela a empêché la bonne floculation. De ce fait, il faut envisager
un prétraitement supplémentaire pour éliminer ces matières.
IV.1.1. Dégrillage
Le dégrillage permet de séparer et d’évacuer facilement les matières volumineuses
charriées par l’effluent, qui pourraient nuire à l’efficacité du traitement de clarification.
Nous pouvons distinguer plusieurs types de dégrilleurs, mais dans notre cas, la grille à
peigne sur chaines sans fin est la plus convenable. Il permet la reprise de quantités
importantes de matières solides par plusieurs râteaux-peignes, entrainés par un
mécanisme de chaines sans fin, monté à l’aval du champ de grille. L’espacement entre
les barreaux est de 10 à 60 mm. Les débits de passage de l’effluent peuvent varier
entre 500 à 10 000 m3/h. Cependant, il faut savoir que les grilles créent une perte de
charge.
IV.1.2. Macrotamisage
Certes, il y différents types de tamis, mais nous proposons les tamis fixes raclés qui
nous semblent les plus appropriés pour notre prétraitement. Les matières en
suspension sont retenues sur une tôle perforée fixe en acier inoxydable, à orifice de 2 à
5 mm de diamètre. Les débits de l’effluent doivent être compris entre 100 à 2000 m3/h,
et la perte de charge est moins importante.
37
IV.2. En aval de la clarification
Comme la clarification est un traitement physique, les facteurs biologiques de pollution
ne sont pas encore traités. Pourtant, d’après l’analyse de l’effluent, la DBO et la DCO
sont très élevées et dépassent largement les normes de rejet. De ce fait, il est exigé de
faire passer l’effluent par un traitement qui peut diminuer ces paramètres. Le traitement
biologique est le plus adéquat pour des effluents ayant une DBO très élevée, donc très
biodégradable.
Beaucoup sont les traitements applicables aux effluents laitiers, seulement il faut
l’adapter aux conditions de l’usine, c’est-à-dire : l’espace où le traitement sera implanté,
le débit journalier de l’effluent, la continuité de la sortie du rejet (continue ou
discontinue), et le coût d’investissement de l’entreprise.
IV.2.1. Disque biologique
C’est un procédé à culture fixe. Les biofilms se développent sur des disques tournants,
dont la moitié est immergée dans l’eau. Les microorganismes effectuent l’épuration
quand ils sont immergés, et prélèvent de l’oxygène pendant les périodes émergés.
Figure 4: Processus d’épuration par des disques biologiques.
Nous pouvons constater sur la figure que les traitements physiques (décantation) sont
nécessaires avant, mais même après le traitement biologique.
38
IV.2.2. Lits bactériens
Les supports, déjà cités auparavant, sont disposés verticalement, et l’effluent ruisselle
sur les microorganismes. L’air est apporté par le garnissage.
Figure 5: Processus d’épuration par lit bactérien.
IV.2.3. Boues activées
Ce type de traitement est adapté aux industries dont les débits sont élevés. Il nécessite
une eau déjà traitée physiquement.
Figure 6: Processus d’épuration par boues activées.
39
IV.2.4. Lagunage naturel et aéré
Il s’agit d’un réacteur à fonctionnement continu. L’avantage du lagunage naturel est qu’il
ne demande aucune énergie, car l’écoulement se fait par gravité, et l’oxygène est fourni
par l’air. Cependant, le temps de passage dans le réacteur sera plus long, et le volume
du bassin sera aussi plus imposant.
D’autre part, pour éviter un encombrement du sol, les industries peuvent opter pour le
lagunage aéré. Les bassins d’aérateurs ont besoin d’une quantité d’énergie importante
pour avoir le flux d’oxygène nécessaire.
Figure 7: Processus d’épuration par lagunage naturel.
Figure 8: Processus d’épuration par lagunage aéré.
40
IV.2.5. Comparaison des procédés applicables
Les industries peuvent choisir entre ces procédés en fonction de leurs moyens
financiers, du débit de l’effluent, de l’espace pour implanter la station d’épuration, et de
la qualité de l’eau traitée voulue.
41
Tableau 13 : Comparaison des procédés biologiques applicables aux effluents laitiers
Procédés biologiques Avantages Inconvénients
Disques biologiques - bonne décantabilité de
boues
- faible consommation
d’énergie
- peu d’entretien et de
contrôle
- faible sensibilité aux
variations de charge
- couts d’investissement
important
- grande sensibilité aux
variations de température
- performances plus faibles
Lits bactériens - adapté pour des usines de
petites dimensions
- fonctionnement simple,
peu d’entretien et de
contrôle
- bonne décantabilité de
boues
- faible consommation
d’énergie
- couts d’investissements
élevés
- boues fermentescibles
- sensibilité au colmatage et
au froid
Boues activées - très bonne qualité sur le
traitement de l’azote et du
carbone
- adaptation au traitement
du phosphore
- adaptation aux charges
variantes
- couts d’investissement
élevés
- production de boues
relativement importante
Lagunage naturel - coûts d’investissement
limités
- bonne élimination de
l’azote et du phosphore
- emprise au sol importante
- difficultés d’extractions de
boue
- pas de réglage possible
Source : Auteur
42
IV.3. Recommandations
IV.3.1. Circuit d’eau
Pour éviter des pertes, l’usine peut mettre en place un système de circuit séparatif
d’eau. Grâce à ce système, les eaux non polluées comme les eaux de refroidissement
et les eaux de pluie ne sont pas envoyées vers les stations d’épuration.
IV.3.2. Sérum et babeurre
Il est dans l’intérêt de l’usine de séparer le sérum et le babeurre des eaux résiduaires à
traiter dans la station. En effet, ils correspondent à une pollution considérable : 30 000 à
40 000 mg/l de DBO5 pour le sérum, et 60 000 à 70 000 mg/l pour le babeurre. D’autre
part, une concentration en sérum supérieure à 2% des eaux usées conduit rapidement
à une fermentation aérobie acide incontrôlable, ce qui peut bloquer complètement
l’activité biologique.
Ces sous-produits peuvent être récupérés pour alimentation de bétail, ou encore
valorisés en autres produits comme le jus (cas du sérum).
CONCLUSION
43
Conscient des risques de rejet d’effluents industriels dans l’environnement, cette étude
est une participation à la réalisation du projet de mise en place d’une station d’épuration
d’eaux usées de l’usine SOCOLAIT.
Pour ce faire, nous avons d’abord fait une description géographique de l’usine. Ensuite,
nous avons vu les différentes productions qui génèrent les eaux usées.
Par la suite, nous avons analysé deux échantillons issus de deux productions
journalières différentes de l’usine. Nous avons pu en tirer que les caractéristiques de
ces effluents sont très variables.
Puis, des essais de coagulation-floculation par du sulfate d’alumine et du polymère ont
été faits pour chaque échantillon. Même si les résultats ne sont pas reproductibles,
nous pouvons dire que le traitement de clarification est efficace car nous avons obtenu
des résultats satisfaisants par rapport aux normes. Cependant, il faut faire passer
l’effluent par un prétraitement pour éliminer les matières grossières qui peuvent gêner le
traitement primaire. Enfin, compte-tenu de la biodégradabilité de l’effluent, nous avons
proposé des traitements biologiques applicables, afin de satisfaire au mieux aux
normes de rejets malgaches.
Toutefois, le choix et les efficacités du prétraitement et de traitement biologique doivent
être encore vérifiés. Aussi, il faut savoir que de toute la chaine de traitement
proviennent des boues dont la destination doit être prise en compte. Tous ces points,
n’ayant pas encore été traités dans cet ouvrage, constituent une étude nécessaire pour
la suite de ce travail, c’est-à-dire, l’implantation de la station d’épuration de l’usine.
44
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
[1] RATSIMBA Marie Hanitriniaina, « Valorisation du kaolin dans le traitement des
eaux » - Thèse de doctorat, Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo,
Département Génie Chimique, 2009.
[2] S. Castillo de Campins, « Etude d’un procédé compact de traitement biologique
aérobie d’effluents laitiers. » Thèse Doctorat en Sciences Ecologiques, Vétérinaires,
Agronomiques et Bio ingénieries, INSA, Toulouse France, 2005.
[3] R. Moletta. M. Torrijos, « Traitement des effluents de la filière laitière. » Technique
de l’ingénieur, F1 501, 1-21, Paris-France, 1999.
[4] DEGREMONT (Société). – « Memento technique de l’eau. » Edition du
cinquantenaire, 9èmeédition. 2 tomes(1989).
[5] RODIER Jean, « L’analyse de l’eau : eaux naturelles, eaux résiduaires,
eau de mer » Dunod, 7ème édition.
[6] RAKOTOARISOA Faramalala Oliva, « Etude de la mise en place d’un système
d’épuration d’eaux usées par lagunage à Madagascar : cas de Vontovorona » -
Mémoire de fin d’études, Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, Département
Génie Chimique, 2011.
[7] DESJARDINS Raymond. « Le traitement des eaux. » Publié par Presses
Internationales Polytechnique. Deuxième édition revue et enrichie. ISBN
2553006438, 9782553006432.304 p. (1997).
[8] MEMOTEC n°32, « Les analyses physico-chimiques d’une eau », 01/01/2006
[9] Kassim Coulibaly, « Etude de la qualité physico-chimique et bactériologique de l’eau
des puits de certains quartiers du district de Bamako », Thèse de Doctorat en
Pharmacie, Université de Bamako, Faculté de Médecine de Pharmacie et
d’Odontostomatologie, 2005.
[10] H. NASSALI*, H. BEN BOUIH et A. SRHIRI « Effect of wastewater on the
degradation of water quality in the case of Fouarat lake in Morocco » Laboratoire
d’Electrochimie et des Etudes de Corrosion et d’Environnement, Faculté des Sciences,
Université Ibno Tofail, B.P. 133, Kénitra 14000 – Maroc, 2002.
45
[11] Anne-Marie St-Laurent T. « Vers une gestion intégrée de l’eau : portrait et
diagnostic du bassin versant de la rivière gatineau » Centre Universitaire De Formation
en Environnement, Université de Sherbrooke CANADA, 2006.
[12] Ahmed HAMDANI, Mohamed CHENNAOUI, Omar ASSOBHEI, Mohammed
MOUNTADAR. « Caractérisation et traitement par coagulation décantation d’un effluent
de laiterie », Laboratoire de Microbiologie Appliquée et Biotechnologie, Faculté des
Sciences de l’Université Chouaib Doukkali, Maroc. Unité de Chimie Analytique et Génie
de l’Environnement, Faculté des Sciences de l’Université Chouaib Doukkali, Maroc,
2003.
[13] Solène MOULIN, David ROZEN-RECHELS, Milena STANKOVIC. « Traitement des
eaux usées » Centre d'Enseignement et de Recherches sur l'Environnement et la
Société, Environmental Research and Teaching Institute, 2013.
[14] J.L. Burgaud, « Les eaux résiduaires dans l'industrie laitière », Le Lait, INRA
Editions, 1969.
[15] A. Eck. « L'évacuation des eaux usées de laiterie ». Le Lait, INRA Editions, 1969
[16] « Guide de bonnes pratiques d’hygiène et d’application des principes HACCP pour
la collecte du lait cru et les fabrications de produits laitiers », Les éditions des
JOURNAUX OFFICIELS, 2012.
[17] BOEGLIN J.C., « Inventaire des traitements d’eaux résiduaires. » J 3940,
Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés, 1997.
ANNEXES
I
Annexe 1 : MESURE DE LA TURBIDITE
Mode opératoire
Avant toutes mesures, étalonner l’appareil avec la solution étalon ;
Rincer la cuve turbidimétrique avec l’eau à analyser, la remplir avec précaution
pour éviter la formation de bulles d’air ;
Essuyer la cuve pour effacer les empreintes ;
Effectuer la mesure en choisissant la bonne gamme.
Unités
Plusieurs unités sont utilisées suivant le type d’appareil telles que : FTU, NTU, JTU.
1 NTU = 1 JTU = 8 gouttes de mastic ;
1 FTU = 10 NTU = 10 JTU = 80 gouttes de mastic.
II
Annexe 2 : MESURE DES MATIERES EN SUSPENSION
Matériels
Dispositif de filtration sous vide ;
Membrane de filtration.
Mode opératoire
Laver la membrane à l’eau distillée ;
La sécher (105 °C) jusqu’à masse constante(Mo) ;
La peser après passage au déssicateur ;
La mettre en place sur l’équipement de filtration ;
Mettre en service le dispositif d’aspiration ;
Verser l’échantillon(V) sur le filtre ;
Laisser essorer la membrane de filtration, la sécher) 105 °C ;
Laisser refroidir au dessicateur et peser jusqu’à poids constant(M1)
Expression des résultats
La teneur de l’eau en matières en suspension (mg/l) est donnée par l’expression :
III
Annexe 3 : DESCRIPTION DE L’APPAREIL DE MESURE DE LA DBO
Oxitop
La mesure avec OxiTop® repose sur une mesure de la pression dans un système clos.
Les micro-organismes qui se trouvent dans l’échantillon consomment l’oxygène en
formant du CO2. Celui-ci est absorbé avec NaOH. Il s’ensuit une dépression dont la
mesure peut être lue directement dans la DBO en mg/l.
Suivant le volume d’échantillon utilisé, on règle l’oxygène disponible pour pouvoir
effectuer une DBO complète. En utilisant différents volumes, on peut mesurer des
plages de mesure atteignant 4.000 mg/l.
Les têtes OxiTop® (vertes et jaunes pour distinguer l’entrée de la sortie d’une unité de
traitement) disposent d’une fonction AutoTemp: lorsque la température de l’échantillon
est encore trop froide, le démarrage de la mesure est retardé automatiquement jusqu’à
ce qu’il ait atteint une température constante (au moins une heure).
Outre l’enregistrement automatique de 5 valeurs de mesure (par jour, 1 valeur), on peut
lire manuellement à tout instant d’autres valeurs dans l’entre-temps ou à l’issue de cinq
jours de sorte qu’on peut suivre les valeurs de contrôle ou les mesures pendant de
longues périodes.
IV
Annexe 4 : MESURE DE LA DCO
Produits
Acide sulfurique concentré d = 1,83 g/l (dangereux) ;
Acide sulfurique dilué 4 M ;
Solution de sulfate d’argent dans l’acide sulfurique concentré, (dangereux) ;
Solution de sulfate de fer d’ammonium environ 0,12 M ;
Sulfate de mercure en cristaux ;
Solution de dichromate de potassium 0,04 M ;
Solution de ferroïne.
Matériels
Dispositif à reflux ;
Ballons de 250 ml ;
Pipette jaugée de 5 ml ;
Burette de 25 ml ;
Eprouvette de 10 ml et de 20 ml ;
Rampe chauffante ;
Agitateur magnétique.
Essai a blanc
Il a pour but d’évaluer la consommation de dichromate par les réducteurs qui pourraient
se trouver dans le mélange et qui ont pour origine un manque de pureté des réactifs et
l’utilisation d’une verrerie douteuse.
Effectuer cet essai parallèlement à la détermination de la DCO, mais en remplaçant la
prise d’essai par 10 ml d’eau distillée.
On appellera VB le volume de solution ferreuse utilisé pour obtenir le changement de
coloration.
V
Détermination de la DCO
Préparation de l’échantillon :
Homogénéiser l’échantillon si besoin est et introduire dans l’ordre, dans un ballon de
250 ml :
10 ml d’échantillon à l’aide de l’éprouvette; rincer l’éprouvette d’un jet de pissette
d’eau distillée, transvaser les eaux de lavage dans le ballon ;
Quelques billes de verre ou équivalent ;
Une pincée de sulfate mercurique, environ 0.4 g;
5 ml de dichromate à la pipette;
15 ml d’acide sulfurique concentré (dangereux), à l’aide d’une éprouvette ;
procéder à cette opération avec précaution et en agitant doucement le vase d’un
mouvement circulaire.
Il est souhaitable de poser au cours de toute l’opération le ballon sur un lit de glace afin
d’éviter que le dégagement de chaleur n’entraîne la disparition des matières volatiles.
(On peut éventuellement refroidir le ballon sous l’eau du robinet).
Relier le réfrigérant au ballon et l’alimenter avec l’eau du robinet ;
Porter à ébullition sous reflux pendant 2 h ; l’ébullition doit être régulière, sans
soubresauts ni excès ;
Laisser refroidir le ballon ;
Entraîner au fond du ballon, par un jet de pissette, les dépôts qui se sont formés
sur la paroi interne ;
Retirer le ballon du dispositif de chauffage et du réfrigérant ;
Compléter à environ 75 ml avec de l’eau distillée et laisser refroidir à la
température ambiante.
Dosage
Protocole
Transvaser le contenu du ballon dans un erlenmeyer de 250 ;
Rincer le ballon avec le minimum d’eau distillée et joindre les eaux de lavage au
mélange ;
Introduire quelques gouttes de ferroïne dans l’erlenmeyer ;
VI
Titrer par la solution ferreuse jusqu’à ce que la coloration bleu vert passe au brun
rouge.
Soit V le volume de solution ferreuse utilisée.
La DCO exprimée en mg/l est donnée par la formule :
Avec :
VB= volume de solution ferreuse utilisé pour l’essai à blanc
Ve= volume de solution ferreuse utilisé pour l’échantillon
V0= volume de la prise d’essai
N1= normalité de la solution ferreuse.
VII
Annexe 5 : JAR TEST
Matériels
Floculateur à vitesse réglable de 0 à 150 tr/min ;
5 à6 béchers de 1 l ;
Siphon ;
Pipette ;
Chronomètre ;
Turbidimètre
Mode opératoire
Noter l’aspect, la turbidité de départ de l’eau à analyser ;
Agiter l’eau brute et en remplir les béchers ;
A l’aide d’une pipette, introduire dans chaque bécher des quantités croissantes
de réactif ;
Placer les béchers sur le floculateur et abaisser les hélices dans l’eau ;
Effectuer une agitation rapide à 80 tours par minute pendant 2 min, puis une
agitation lente à 20 tours parminutependant20 min ;
Laisser décanter 10 à 15 min ;
Siphonner une certaine quantité d’eau dans chaque bécher ;
Mesurer la turbidité des eaux siphonées ;
Noter la qualité de floculation dans chaque bécher.
VIII
Annexe 6 : DOSAGE DES NITRITES NO2
- - METHODE DE ZAMBELLI
Principe
L’acide sulfanilique en milieu chlorhydrique, en présence d’ion ammonium et phénol,
forme avec les ions NO2- un complexe coloré jaune dont l’intensité est proportionnelle à
la concentration en nitrites.
Matériel
Spectrophotomètre S750l de marque SECOMAM
Réactifs
Ammoniaque pure (d =0,925) ;
Réactif de Zambelli :
Acide chlorhydrique pur ( d =1,19) 260 ml ;
Acide sulfanilique 5 g ;
Phénol cristallisé 7,5 g ;
Chlorure d’ammonium 135 g ;
Eau distillée 625 mg.
Mode opératoire
Introduire dans une fiole jaugée de1 l, l’acide chlorhydrique et l’eau distillée ;
Puis y dissoudre l’acide sulfanilique et le phénol en chauffant légèrement ou
bain-marie ;
Après dissolution complète, ajouter le chlorure d’ammonium et agiter jusqu’à
dissolution ;
Après refroidissement, ajuster s’il y a lieu de volume de lasolutionà1 l de l’eau
distillée.
Préparation de la solution mère étalon 0,0023 g/l de NO2-
Une solution mère étalon de NO2- à 0,23 g/l ;
nitrite de sodium : 0,345 g ;
Eau distillée : 1000 ml
IX
Pour avoir la solution fille étalon d’ion NO2- à 0,0023 g/l : amener1 ml de la
solution mère à 100 ml avec de l’eau distillée.
Etablissement de la courbe d’étalonnage :
Dans une série de fioles jaugées à 50 ml et numérotées, introduire successivement en
ajoutant après chaque addition.
Attendre 10 mn et ajouter
Effectuer les lectures au spectrophotomètre à la longueur d’onde de 435 nm
Mode opératoire
Prélever 50 ml d’eau à analyser, ajouter 2 ml de réactif de Zambelli ;
Agiter et laisser au repos 10 min ;
Ajouter de la même façon un témoin avec 50 m d’eau distillée :
Effectuer la lecture au spectrophotomètre à la longueur d’onde 435 nm et tenir
compte de la valeur lue pour le témoin. Se reporter à la courbe d’étalonnage.
Expression des résultats
Pour une prise d’essai de 50 ml, la courbe d’étalonnage donne directement la teneur en
NO2- exprimée en mg/l d’eau.
X
Annexe 7 : DOSAGE DES NITRATES NO3- - METHODE AU
SALICYLATE DE SODIUM
Principe
En présence de salicylate de sodium, les nitrates donnent du paranitrosalycilate de
sodium, coloré en jaune et susceptible d’un dosage colorimétrique.
Matériel
Spectrophotomètre S7501 de marque SECOMAM
Réactifs :
Solution de salicylate de sodium à 0,5 % à renouveler toutes les 24 h ;
acide sulfurique concentrée (d =1,84) ;
solution d’hydroxyde de sodium et de tartrate double de sodium et de
potassium :
Hydroxyde de sodium : 400 g
Tartrate double de sodium et de potassium : 60 g
Eau distillée : 1000 ml.
Faire dissoudre les sels dans l’eau. Laisser refroidir et compléter à1000 ml. A conserver
dans un flacon en polyéthylène.
Solution mère étalon d’azote nitrique à 0,1 g/l
nitrate de potassium anhydre 0,722 g ;
eau distillée : 1000 ml
Solution fille étalon d’azote nitrique à 0,005 g/l
Amener 50 ml de solution mère à 1000 ml avec l’eau distillée.
XI
Etablissement de la courbe d’étalonnage
Dans une série de béchers, introduire successivement.
Evaporer à sec au bain-marie ou dans une étuve portée à75-80 °C ;
Laisser refroidir ;
Reprendre le résidu par 2 ml d’eau distillée puis 15 ml de la solution d’hydroxyde
de sodium et de tartrate double de sodium et de potassium qui développe la
couleur jaune ;
Effectuer la lecture au spectrophotomètre à la longueur d’onde de 420 nm ;
Soustraire des densités optiques lues pour les étalons, la valeur relevée pour le
témoin ;
Construire la courbe d’étalonnage.
Mode opératoire :
Introduire10 ml d’eau à analyser dans un béche r(pour des teneurs en azote
nitrique supérieures à 10 mg/l, opérer une dilution) ;
Alcaliniser faiblement avec la solution d’hydroxyde de sodium ;
Ajouter 1 ml de solution de salicylate de sodium ;
Préparer de la même façon un témoin avec 10 ml d’eau distillée ;
Evaporer à sec au bain-marie ou dans une étuve portée à75-80 °C (ne pas
surchauffer, ni chauffer trop longtemps) ;
laisser refroidir ;
Reprendre le résidu par 2 ml d’acide sulfurique concentré en ayant soin de
l’humecter complètement ;
XII
Attendre10 min. Ajouter 15 ml d’eau distillée puis 15 ml de la solution
d’hydroxyde de Sodium et de tartrate double de sodium et de potassium qui
développe la couleur jaune ;
Effectuer les lectures au spectrophotomètre à la longueur d’onde 415 nm et
tenir compte de la valeur lue pour le témoin.
Expression des résultats
Pour une prise d’essai de 10 ml, la courbe donne directement la teneur en azote
nitrique exprimée en mg/l d’eau.
Pour obtenir la teneur ennitrateNO3-, multiplier le résultat par 4,43.
Remarque :
Pour le dosage des nitrates, n’utiliser qu’une solution claire.
XIII
Annexe 8 : Dosage de l’azote ammoniacal NH4+ par la méthode de
Nessler
Principe
Le réactif de Nessler (iodo-mercurate de potassium alcalin) en présence d’ions
ammonium est décomposé avec formation d’iodure de dimercuriammonium qui permet
le dosage colorimétrique des ions NH4+ .
Matériel
SpectrophotomètreS7051 de marque SECOMAM
Réactifs
Réactifs de Nessler :
iodure de mercure :13,55 g ;
iodure de potassium : 36 g ;
eau distillée : 1000 ml
Mode opératoire de préparation du réactif de Nessler
Placer l’iodure de mercure pur très finement pulvérisée, dans une fiole jaugée
de1 l ;
Ajouter environ 1000 ml d’eau distillée puis l’iodure de potassium ;
Agiter jusqu’à dissolution et compléter à 1 l ;
Cette liqueur inaltérable additionnée au moment du besoin de 300 ml de lessive
de soude pure (d = 1,336) constitue le réactif de Nessler.
Solution mère étalon à 1 g/l d’azote :
chlorure d’ammonium 3,82 g ;
eau distillée 1000 ml
XIV
Solution étalon à 0,010 g/l d’azote :
solution mère à 1 g/l 10 ml ;
eau distillée 1000 ml
Etablissement de la courbe d’étalonnage
Dans une série de fioles jaugées de 50 ml numérotées, introduire successivement en
agitant après chaque addition :
Laisser au repos pendant 10 min. Effectuer les lectures au spectrophotomètre à la
longueur d’onde de 425 nm.
Construire la courbe d’étalonnage.
Mode opératoire
Prélever 50 ml d’eau à analyser dans une fiole jaugée ;
Ajouter 2 ml de réactif de Nessler et mélanger ;
Préparer de la même façon un témoin à partir d’eau distillée ;
Laisser au repos 10 mi ;
Effectuer les lectures au spectrophotomètre à la longueur d’onde de 425 nm en
tenant compte de la valeur lue pour le témoin ;
Se reporter à la courbe d’étalonnage.
Expression des résultats
La courbe donne la teneur en azote ammoniacal exprimée en mg de la prise d’essai de
distillat.
XV
Annexe 9 : Méthode de nettoyage du matériel de laiterie
Le nettoyage des équipements de laiterie était autrefois effectué (et continue à l’être en
certains endroits) par du personnel armé de brosses et de solutions détergentes, qui
devait démonter le matériel et pénétrer dans les cuves pour en atteindre les surfaces.
Ceci était, non seulement pénible, mais également inefficace; les produits étaient
souvent réinfectés par des équipements imparfaitement nettoyés.
Pour assurer un nettoyage approprié et des résultats hygiéniques, on a mis au point
des systèmes de nettoyage en place (NEP) par circulation, adaptés aux différentes
parties des unités de traitement.
Les opérations de nettoyage doivent être effectuées dans le strict respect d’une
méthode soigneusement élaborée, pour atteindre le niveau de propreté désiré. La suite
d’opérations devra donc être rigoureusement la même à chaque fois.
Le cycle de nettoyage d’une laiterie comprend les phases suivantes :
Récupération des résidus de produit par raclage, drainage et expulsion à l’aide
d’eau ou d’air comprimé ;
Pré-rinçage à l’eau, pour éliminer la saleté non incrustée ;
Nettoyage au détergent ;
Rinçage à l’eau propre ;
Désinfection par chauffage ou à l’aide d’agents chimiques (facultatif); si cette
phase est ajoutée au cycle, celui-ci se termine par un rinçage final, pour autant
que la qualité de l’eau soit bonne.
Chaque phase exige un certain laps de temps pour obtenir un résultat acceptable.
XVI
Annexe 10 : NORME DE POTABILITE MALAGASY – Décret n°2004-635
du 15/06/04
XVII
XVIII
REMERCIEMENTS……………………………………………………………………………...i
SOMMAIRE ……………………………………………………………………………………..iii
GLOSSAIRE…………………………………………………………………………………….iv
ACRONYMES ………………………………………………………………………………….vi
LISTES DES TABLEAUX ET FIGURES ……………………………………………...…….vii
NOTATIONS ET UNITES……………………………...……………………………………..viii
LISTE DES ILLUSTRATIONS …………………………………………………………...……x
INTRODUCTION …………………………………………………………………………….....1
PREMIERE PARTIE : ...................................................................................................... 2
I. GENERALITES SUR L’INDUSTRIE LAITIERE .................................................... 3
I.1. Définitions ....................................................................................................... 3
I.2. Composition chimique ..................................................................................... 3
I.3. Transformation du lait ..................................................................................... 4
I.3.1. Le beurre .................................................................................................. 4
I.3.2. Yaourt ....................................................................................................... 5
I.3.2. Le fromage ............................................................................................... 5
II. GENERALITES SUR LES EAUX USEES ............................................................ 6
II.1. Définition ......................................................................................................... 6
II.2. Types des eaux usées .................................................................................... 6
II.3. Caractéristiques de l’eau résiduaire industrielle .............................................. 6
II.3.1. La turbidité ............................................................................................ 7
II.3.2. Matières en suspension (MES) ............................................................. 7
II.3.3. Demande chimique en oxygène (DCO) ................................................ 7
II.3.4. Demande biochimique en oxygène (DBO) ............................................ 7
II.3.5. Azote et phosphore ............................................................................... 8
III. TRAITEMENT DES EAUX USEES INDUSTRIELLES .......................................... 9
III.1. Caractérisation générale des effluents ............................................................ 9
III.2. Procédé général de traitement des eaux usées industrielles .......................... 9
III.2.1. Prétraitement ....................................................................................... 11
III.2.2. Traitement primaire ............................................................................. 11
III.2.2.1. Coagulation-floculation ................................................................... 11
III.2.2.2. Décantation ..................................................................................... 12
III.2.2.3. Flottation ......................................................................................... 13
III.2.2.4. Filtration .......................................................................................... 14
III.2.3. Traitement secondaire ........................................................................ 14
III.2.3.1. Procédé aérobie à culture bactérienne libre ................................... 14
III.2.3.2. Procédé aérobie à culture fixe ........................................................ 15
III.2.4. Traitement tertiaire .............................................................................. 15
III.3. Normes de rejet à Madagascar ..................................................................... 15
IV. DESCRIPTION DES EFFLUENTS DE L’INDUSTRIE LAITIERE ....................... 17
IV.1. Origines des effluents ................................................................................ 17
IV.2. Caractéristiques des effluents ................................................................... 18
DEUXIEME PARTIE : .................................................................................................... 19
I. Description de l’usine.......................................................................................... 19
I.1. Localisation géographique ............................................................................ 19
I.2. Les productions de l’usine ............................................................................. 20
II. CARACTERISATION DES EFFLUENTS ........................................................... 21
II.1. Paramètres physiques et organoleptiques .................................................... 21
II.2. Facteurs biologiques ..................................................................................... 25
II.2.1. DBO5 ................................................................................................... 25
II.2.2. DCO .................................................................................................... 27
II.3. Paramètres chimiques .................................................................................. 27
III. ESSAIS DE COAGULATION-FLOCULATION SUR LES EFFLUENTS ............. 29
III.1. Matériels et réactifs utilisés ........................................................................... 29
III.1.1. Matériels.............................................................................................. 29
III.1.2. Réactifs ............................................................................................... 29
III.2. Méthode d’analyse ........................................................................................ 30
III.3. Résultats d’analyse ....................................................................................... 31
III.3.1. Essais de coagulation-floculation avec le 1er échantillon d’eau usée .. 31
III.3.1.1. 1ère expérience ................................................................................ 31
III.3.1.2. 2ème expérience ............................................................................ 32
III.3.2. Essais de coagulation-floculation avec le 2ème échantillon .................. 32
III.3.2.1. 1ère expérience ................................................................................ 32
III.3.2.2. 2ème expérience ............................................................................ 33
III.3.3. Résultats d’analyse ............................................................................. 34
III.3.4. Interprétation des résultats .................................................................. 35
III.3.5. Proposition de solution ........................................................................ 35
IV. PROPOSITION DE PROCEDE DE TRAITEMENT ............................................ 36
IV.1. En amont de la clarification ........................................................................ 36
IV.1.1. Dégrillage ............................................................................................ 36
IV.1.2. Macrotamisage .................................................................................... 36
IV.2. En aval de la clarification ........................................................................... 37
IV.2.1. Disque biologique ................................................................................ 37
IV.2.2. Lits bactériens ..................................................................................... 38
IV.2.3. Boues activées .................................................................................... 38
IV.2.4. Lagunage naturel et aéré .................................................................... 39
IV.2.5. Comparaison des procédés applicables ............................................. 40
IV.3. Recommandations ..................................................................................... 42
IV.3.1. Circuit d’eau ........................................................................................ 42
IV.3.2. Sérum et babeurre .............................................................................. 42
CONCLUSION ………………………………………………………………………………...41
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES …………………………………………………….42
ANNEXES
Titre : « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE
SOCOLAIT »
Nombre de pages : 43 Nombre de figures : 8
Nombres des annexes : 10 Nombre de photos : 11
Nombre de tableaux : 13
RESUME:
Ce mémoire vise à améliorer et à intégrer la Société SOCOLAIT dans les meilleures considérations
environnementales, par l’instauration d’un système de traitement des eaux usées adéquat. Pour cela, les
principales méthodes utilisées sont les études bibliographiques, les analyses au laboratoire par le biais des
analyses physico-chimiques et organoleptiques des effluents et aussi les diverses expériences de traitements.
Ces moyens nous permettent donc de bien gérer et de bien connaître le procédé de traitement que nous
devons suivre dans les meilleures exigences environnementales.
Les JAR-TEST effectués permettent de déterminer la dose optimale de coagulant et de floculant à utiliser
lors de la clarification de l’effluent. Aussi, cette étape doit être précédée de prétraitement qui élimine les
matières grossières, et suivie de traitement biologique, afin de satisfaire au mieux aux normes de rejet.
Mots clés : Environnement, effluents laitiers, traitement des eaux, SOCOLAIT Madagascar.
ABSTRACTS:
This memory aims to improve and to integrate SOCOLAIT Company in the best environmental
considerations, by the introduction of an adequate treatment system of wastewater. For that, the principal
methods used are the bibliographical studies, the analyses at the laboratory: the physicochemical and
organoleptic analyses of wastewater and different experiments. These methods’ goals are to manage and to
know the process of treatment which we must follow in the best environmental requirements.
The JAR-TEST reveals to us the optimal proportion of coagulant and flocculating agent for clarification of
the effluent. In addition, this stage must be preceded by pretreatment which eliminates the coarse matters,
and be followed by biological treatment, to satisfy the standards of rejection as well as possible.
Keywords: Environment, dairy effluents, treatment of waters, SOCOLAIT Madagascar.
Auteur: Encadreur pédagogique :
Mle. RAVOAHANGY Helisoa Zo Nomena Pr. RANDRIANA Nambinina Richard Fortuné
Tel: +261 34 18 267 91 Tel : +261 33 06 269 24
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