« 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

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Page 1: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 2: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

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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.

Page 4: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

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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

Page 6: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 7: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 8: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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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

Page 9: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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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

Page 10: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 11: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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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

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INTRODUCTION

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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.

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PREMIERE PARTIE :

ETUDES

BIBLIOGRAPHIQUES

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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

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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.

Page 17: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 18: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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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

Page 19: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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 ;

Page 20: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 21: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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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 :

Page 22: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

10

Figure 1 : Etapes de traitement des eaux usées industrielles.

Page 23: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 24: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 25: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 26: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 27: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 28: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 29: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 30: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 31: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

DEUXIEME PARTIE :

ETUDES

EXPERIMENTALES

Page 32: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 33: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 34: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 35: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 36: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 37: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 38: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 39: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 40: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 41: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 42: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 43: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 44: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 45: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 46: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 47: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 48: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 49: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 50: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 51: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 52: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 53: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 54: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 55: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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).

Page 56: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

CONCLUSION

Page 57: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 58: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES 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.

Page 59: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 60: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

ANNEXES

Page 61: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 62: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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 :

Page 63: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 64: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 65: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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 ;

Page 66: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 67: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 68: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 69: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 70: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 71: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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 ;

Page 72: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 73: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 74: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 75: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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.

Page 76: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

XVI

Annexe 10 : NORME DE POTABILITE MALAGASY – Décret n°2004-635

du 15/06/04

Page 77: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

XVII

Page 78: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

XVIII

Page 79: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 80: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 81: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Page 82: « ANALYSE ET CLARIFICATION DES EAUX USEES DE L’USINE …

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

Adresse e-mail : [email protected]