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Caractéristiques des boues de vidange
Les caractéristiques physiques de la boue dépendent de certains facteurs : la température, les habitudes de l’utilisateur, la taille et la conception de la fosse septique, la fréquence de pompage, les caractéristiques de l’eau d’approvisionnement, le matériel de tuyaux, l’utilisation des appareils de conservation d’eau, les broyeurs de déchets, les produits chimiques ménagers, et adoucisseurs d’eau (EPA, 1999). Elles sont composées essentiellement de matières fécales solides flottantes ou sédimentées ainsi que de matières non fécales et d’eau (Strauss et coll, 1997). En général les BV peuvent être classées selon l’âge c’est-à-dire la durée du stockage et la concentration en deux groupes :
• BV de forte résistance : recueillies auprès des systèmes d’assainissement autonome après une courte durée de stockage (par exemple, les toilettes publiques)
• BV de faible résistance : mélangé avec de l’eau de chasse et des eaux grises et stocké pour une ou plusieurs années et a donc été soumis à une plus grande stabilisation chimique et biologique (Strauss et coll, 2000).
Différentes formes de pollution des eaux usées et des boues de vidange
Une mauvaise gestion des boues de vidange peut occasionner des conséquences néfastes sur l’environnement et la santé humaine. Les différentes formes de pollutions des eaux usées et des boues de vidange peuvent être catégorisées en :
Pollution primaire
Cette forme de pollution est essentiellement physique. Elle est représentée par un excès de matières en suspension dans l’eau qui fait que les eaux usées sont toujours troubles. C’est donc l’une des formes de pollution les plus apparentes. Ces particules proviennent des cuisines, des WC, des lessives et des salles de bain (Sonko, 2008).
Pollution secondaire
Cette forme de pollution organique regroupe l’ensemble des matières organiques contenues dans l’eau. Ces matières peuvent être solides ou dissoutes. Elles comprennent les composés organiques de synthèse utilisés à des fins techniques (pesticides, détergents, etc.) et les composés organiques issus des êtres vivants et qui sont contenus dans les matières fécales, les urines et divers déchets organiques de cuisine (Sonko, 2008).
Pollution tertiaire
C’est une pollution minérale représentée par les composés minéraux de l’azote et du phosphore. Il s’agit essentiellement de l’azote organique et de l’ammonium d’une part, du phosphore organique et des orthophosphates d’autre part. Cette pollution tertiaire provient des matières fécales, des urines, des déchets de cuisine et des produits détergents, surtout pour le phosphore (Sonko, 2008).
Pollution quaternaire
C’est une pollution biologique regroupant les pollutions d’origines virale, bactériologique et zoo-parasitaire. Elle est bien connue sous le nom de péril fécal et responsable de nombreuses maladies à caractère endémique ou épidémique, particulièrement dans les pays en développement (Sonko, 2008).
Conséquence d’une mauvaise gestion des boues
Effets néfastes sur l’environnement
Le rejet, d’eaux usées domestiques et de boues de vidange non suffisamment traitées, dans le milieu naturel peut provoquer une perturbation de l’équilibre écologique, car la boue de vidange est riche en composés chimiques telles que l’ammonium, mais également des composés phosphores, qui lorsqu’ils se retrouvent dans les eaux de surface et dans les milieux marins stimulent une croissance excessive des organismes qui y vivent. Certains d’entre eux profiteront de la manne plus que d’autres : c’est le cas de diverses plantes aquatiques et, malheureusement, c’est aussi le cas des algues bleu-vert ou les cyanobactéries. Ils vont entrainer une colonisation des milieux et l’asphyxie des autres organismes cohabitants. Dans le cas d’une dispersion des eaux usées et des boues de vidange dans le sol, une partie de ces derniers va migrer par infiltration ou lessivage jusqu’aux eaux souterraines dont l’usage essentiel est l’alimentation en eau potable de la population. Ces nappes peuvent alors enregistrer des niveaux d’azote largement supérieurs aux recommandations de l’OMS (50 mgN/l) pour les eaux destinées à la consommation. Selon les observations de Collin et coll. (1989) sur la nappe de Pikine la concentration de nitrates est 5 à 10 fois supérieures aux recommandations de l’OMS. L’abreuvage des animaux avec de l‘eau contaminée avec ces composés chimiques, entrainent un ralentissement ou un arrêt de croissance chez certaines espèces (également une réduction de la fertilité) et même la mort.
L’épandage des eaux résiduaires sur le sol va aussi changer les propriétés physiques et chimiques des sols. En effet, selon Ndiaye (2005) les sols irrigués avec de tels effluents d’une part, deviennent plus acides et d’autre part, montrent une valeur élevée du SAR (Sodium Absorption Ratio) entrainant la substitution des ions Ca2+ et Mg2+ par l’ion Na+. Ce phénomène est à l’origine de la salinité des sols. De même ces composés chimiques (azote organique et ammoniacal) sont toxiques pour les poissons, même à faibles doses (Radoux 1995).
Les MES contenues dans les boues sont responsables de la turbidité dans les milieux marins, ce qui empêche la pénétration de la lumière solaire dans ces derniers. Ceci aura pour conséquence une inhibition de la photosynthèse d’où une diminution de la productivité primaire qui entraîne ainsi un déséquilibre global néfaste à tous les échelons de la chaine trophique. Les MES menacent aussi la vie des poissons en entravant leur respiration branchiale (Radoux 1995). De plus, dans l’eau d’irrigation elles provoquent une perte de la perméabilité du sol.
L’apport des MO dans les eaux de surfaces entraîne un développement d’une flore bactérienne spécifique qui s’en nourrit et qui consomme rapidement tout l’oxygène. Il s’ensuit rapidement une asphyxie du milieu.
En plus de tous ses effets néfastes sur l’environnement le rejet d’eaux résiduaires brutes ou de boues de vidange dans la nature, sur des terrains vagues ou dans des eaux superficielles entraine un dégagement d’odeurs nauséabondes surtout en périodes chaudes. Cette nuisance qui est la moins dangereuse pour la santé, est selon Radoux (1995), la moins évidente et la moins acceptée par les populations.
Effets néfaste sur la sante
Les eaux usées comme les boues sont très chargées en germes pathogènes contenus dans les matières fécales humaines (virus, bactéries, protozoaires ou leurs kystes, vers parasites ou leurs oeufs), qui sans traitement adéquats peuvent se retrouver dans le sol, des sources d’eaux superficielles et même souterraines. Ces micro-organismes peuvent infester directement l’Homme en contact avec des milieux contaminés. Le passage de ces derniers dans l’eau potable a été reconnu comme la cause de plusieurs épidémies d’origine hydrique en Amérique et au Canada (CRAUN et coll, 1998). L’infestation peut aussi se faire de façon indirecte par l’intermédiaire des organismes vivants. Ainsi, selon Franceys et coll. (1995), certaines espèces de mouches et de moustiques peuvent ainsi trouver des lieux propices à la ponte, à la reproduction et même se nourrir de ces déjections à l’air libre et propager l’infection. Ces déjections attirent également les animaux domestiques, les rongeurs et autres vecteurs de maladies qui les répandent et accroissent ainsi les risques de maladies.
Les substances chimiques peuvent engendrer également des risques sanitaires. Par exemple les nitrites dérivés des nitrates par réduction microbiologique intestinale engendrent chez le nourrisson une maladie du sang (la méthémoglobinémie) qui peut être mortelle. Par ailleurs, chez l’adulte, les nitrosamines, auraient des conséquences cancérigènes à plus ou moins long terme.
Le traitement des boues
Pour pouvoir éviter les risques sanitaires et environnementaux, il faut traiter les boues de vidange afin de diminuer les différents éléments pathogènes qui s’y trouvent voire enlever complétement. Pour cela différents technologies de traitement ont été mises en point telle que les lits de séchages plantés, les lits de séchage non plantés, les lagunages.
Lits de séchages non plantés
Les lits de séchage non plantés sont des structures peu profondes remplies d’un media filtrant qui est souvent le sable tenu par un support le gravier et sur lequel on dépose la boue à traiter, avec un système de drainage à la partie inférieure pour collecter les lixiviats (Strande et coll, 2014). Ils sont conçus en respect de certains facteurs climatiques comme la température, l’humidité, la pluie et les caractéristiques de la boue pour pouvoir mieux répondre aux exigences.
Les boues de vidange brutes ou pré-épaissies sont chargées sur le lit. Une grande partie des MES est retenue à la surface du filtre, l’eau qu’elle contient est évacuée par deux processus :
• Infiltration : le drainage des liquides à travers le filtre et le support jusqu’au fond du lit. Ce processus est important et rapide prenant place après quelques minutes voire des heures après l’application des BV sur le lit. Elle est responsable de l’élimination de 50 à 80% de l’eau libre : c’est la percolation (Tilley et coll, 2014)
• Evaporation : elle assure l`élimination des fractions d’eau liée de 20 à 50% (Heinss et coll, 1998).
L’efficacité de la déshydratation dépend fortement de la charge appliquée sur les lits de séchage. La performance de ces lits de séchage non plantés a été démontrée au Sénégal par Seck et coll. (2015), au Ghana par Kuffour et coll. (2009) et Cofie et coll. (2006). Les lits de séchage des boues, non plantés, visent à séparer et à réduire la charge polluante dans le percolât.
En Thaïlande ils ont eu un rendement de réduction de 25% des MS (Pescod, 1971), et au Ghana un taux de 20 % de réduction des MS (Strauss et coll, 1997).
Filtres utilisés dans les lits de séchage
Un filtre est plus exactement un matériau ou une matière au travers de laquelle on passe un liquide ou un gaz afin de le purifier, il forme la partie la plus superficielle d’un lit. Ce matériau a depuis longtemps été le sable pour le traitement des eaux usées. Actuellement il est en passe de le devenir dans le traitement des boues de vidange. Il a pour fonction de séparer la phase liquide de la phase solide de la boue en retenant ce dernier à sa surface. La performance d’un filtre dépend de sa nature et de ses mailles, ainsi que de la taille, et la hauteur des graviers qui lui servent de support. Kuffour et coll. (2009) ont comparé trois mailles 0.1-0.5, 0.5-1, et 1-1.5 mm de sable pour la réduction des MES, MVS, MS, COD, DCOD, NH3-N, et l’apparition de colmatage. Et c’est la maille la plus petite qui a été la plus efficace pour ces paramètres.
Colmatage des filtres
Le colmatage est l’estompement de la capacité de fonctionnement des lits qui se détériore au fil du temps, jusqu’à l’arrêt. Selon Touil et coll. (2014), il existe trois types de colmatages :
Colmatage mécanique
Ce type de colmatage est dû à la compaction du filtre et cause la réorganisation des matériaux solides du filtre.
Colmatage physique
Il est dû à l’accumulation des solides en suspension sur les grains de sable (Degrémont 1989), le filtre agit comme un tamis dans le mécanisme de filtration.
Colmatage biologique
Il résulte de l`absorption de la matière dissoute par les grains de sable, en particulier la matière organique, ainsi que la formation de micro-organismes et d’algues particulièrement à la surface du filtre (Delpy 1982). Ceci est à l`origine des différences observées entre les couches superficielles et celles en profondeurs. Kristiansen (1981a) a suggéré que les cellules bactériennes peuvent être importantes dans le colmatage en produisant des mucus qui relieraient les particules de sol.
Il y a bien d’autres raisons qui sont impliquées dans le colmatage et des études sont portées la dessus afin de mieux le comprendre, parmis celles-ci, kuffour et coll. (2009) ont démontré l’implication de la taille des mailles des filtres dans le colmatage ; plus la maille est petite moins elle est colmatée. Par contre, les études réalisées par Kandra et coll. (2014) ont révélé que parmi trois mailles testées (0,5mm, 2mm, et 5mm) la plus petite était celle qui a colmaté le plus rapidement. Dans les mêmes études ils ont montré l’influence de l’épaisseur du filtre sur le colmatage. Plus elle est importante plus sa durée de fonctionnement est longue. Il y’a également l’influence de la nature du filtre dans le colmatage. Les différences de charge influent également sur le colmatage. (Kuffour et coll, 2009) ont montré que parmi trois charges 509 kg TS/m2.an, 502 TS/m2.an, et 425 TS/m2.an nommées taux de charge solide SLR1, SLR2, et SLR3 respectivement en faisant référence à la différence de MS contenu ; le SLR3 qui contient le moins de MS provoque moins de colmatage.
Préparation de la boue
Dans cette étude, nous avons utilisé des boues de vidange domestiques de certains quartiers de Dakar. Elles sont transportées par des camions et acheminées directement à notre station expérimentale. Pour chaque campagne, trois à quatre camions de boues sont versées dans les bassins de décantation-épaississement à travers une grille pour enlever les déchets solides (figure 2).
Le nombre de camions utilisés par campagne dépend de la viscosité de la boue brute délivrée (basée sur des observations visuelles), de la capacité et de la disponibilité des camions transportant cette boue. Avant toute application dans le protocole, les boues ont séjourné pendant 2 à 5 jours dans le bassin, permettant ainsi d`augmenter leur concentration. Cette technique d`épaississement a été utilisée par Seck et coll, (2015). Une pompe mobile a été utilisée pour soutirer la boue épaissie au fond du bassin et remplir un baril de 200 litres.
Dispositif expérimental
Le dispositif expérimental est constitué de colonnes en tubes PVC gris, de diamètre 11 cm et de hauteur 140 cm. Les colonnes sont remplies par une couche de 10 cm de gravier grossier, sur lequel est tapi 10 cm de gravier fin puis un filtre (sable ou verre) de 5 cm d’épaisseur. Le fond des colonnes est fermé par un bouchon percé permettant ainsi le passage du lixiviat qui a traversé tout le filtre (figure 3). Pour avoir des données statistiquement représentatives, les tubes PVC ont été mis en triplet pour le sable et pour le verre. Ce qui fait un total de 6 colonnes
Préparation des filtres
Les filtres utilisés dans cette étude proviennent de sources différentes. En effet, le sable de dune est collecté à la station expérimentale de Cambérène, par contre le verre provient de certains magasins de la ville de Dakar. Les verres de couleur blanche, sans peinture (pour éviter la présence de matières collantes) et de taille mince (pour faciliter le concassage) ont été choisis. Contrairement au sable, les verres ont été manuellement concassés afin d’obtenir les mailles souhaitées.
Les filtres ont été tamisé avec une série de deux tamis superposés de mailles 0.2 mm et 0.6mm permettant d’obtenir la maille0.2-0.6 mm. Les filtres ont été lavés avec de l`eau de robinet (plusieurs fois) afin de réduire la teneur en matières organiques, car cette dernière joue un rôle important dans le colmatage des filtres.
Mode opératoire
La boue épaissie, pompée dans un baril de 200 litres est mixée avec un bâton pendant 2 minutes. Ensuite elle est prélevée à l’aide d’un sceau et mixée à nouveau pour prélever 1L dans une bouteille qui va être analysée la veille de chaque compagne. Le volume de boue de vidange, à appliquer sur les filtres, est calculé conformément à l`équation 1 : ?(?)=?(??)???(????/??)??(?/?).
Avec :
S = Surface (πR²)
Ch = Charge (20kgMS/m²)
MS= concentration en Matière Sèche
La charge nominale de boue appliquée sur les colonnes est de 20 kg MS/m2. Ce choix est fait suite à l’étude préliminaire réalisée dans la station. Cette dernière a comparé les charges 10 kg MS/m2, 15 kg MS/m2, et 20 kg MS/m2 . La dernière charge est celle qui a colmaté le plus rapidement le filtre. Elle a donc été choisie pour l’expérimentation, étant entendu que le but de l’essai était l’étude du temps de repos nécessaire après colmatage. La boue est délicatement versée dans les tubes PVC à l`aide de burettes de 1 litre pour éviter de changer la structure des filtres (c`est à dire trouer le filtre). Chaque campagne n`a duré que 5 jours, et au terme de chacune d’elle les boues sont vidées avant toute nouvelle expérience. Par contre, la fine couche de boue est laissée sur le filtre. Des temps de repos de 5, 10 et 15 jours sont observés dès que les signes de colmatages apparaissent (si volume de percolât collecté est inférieur ou égal à 20 % par rapport au volume de boue appliquée).
Paramètres suivis
Les paramètres physiques suivant ont été évalués dans la boue et dans le percolât: la température (T°), le pH, la conductivité, les Matières Sèches (MS), les Matières en Suspension (MES), les Matières Volatiles en Suspension (MVS) et la Demande Chimique en Oxygène (DCO).
Les MS, MES, MVS, DCO ont été mesurées selon la méthode standard APHA (2005). La température et le pH ont été relevés en même temps à l’aide d’un pH-mètre portable multimodal (HI 9124).
La Température est exprimée en degré Celsius (°C) : elle joue un rôle essentiel dans la solubilité des sels et surtout dans la dissociation des sels et des gaz présents dans la boue et dans les percolât et contribue ainsi à la variation de la conductivité électrique et à la détermination du pH. Le pH variant d’une échelle de 1 à 14 permet de déterminer le caractère acide ou basique des échantillons. L’électro-conductivité détermine la quantité de sels dissous dans un liquide. Elle mesure la capacité à conduire un courant électrique et augmente avec l’augmentation de la concentration des ions. À l’heure actuelle, l’EC d’une eau est l’un des paramètres importants utilisés pour déterminer l’aptitude d’une eau pour l’irrigation. Elle est mesurée à l’aide d’un conductimètre portable multimodal (WTW Multiline P4Tétracom R 325), et exprimée en milli Siemens par centimètre (mS/cm) ou en micro Siemens par centimètre (mS/cm).La mesure de la MS est l`un des critères de base du dimensionnement des lits de séchage. Pour déterminer ce paramètre, l’échantillon a été séché à l’étuve à 105°C pendant 24 h. La concentration en MS de la boue est obtenue par pesée différentielle. Cette fraction est déterminée en g/Lou en % selon les équations suivantes :
Equation 2: ??[??]=(?−?)?×???
Equation 3: ??[%]=(?−?)(?−?)×???
Résultats et discussion
Caractérisation des boues
Les résultats d`analyses des différents paramètres physiques et chimiques des boues de vidange, utilisées dans cette étude, sont consignés dans le tableau 1. Les concentrations en MS, DCO, MES et MVS sont très élevées et variables. Mais elles sont en conformités avec les travaux de Seck et coll. (2015). Et elles sont élevées si elles sont comparées à celles obtenus par Sonko et coll. (2014), Dayer (2014), Diocou (2014), Dème (2008). La raison est que, les boues utilisées dans cette étude ont été épaissie afin de représenter des boues traitées après sédimentation. Tous les paramètres suivis à l’exception du pH et de la température varient énormément, cela est une fois encore confirmé par Seck et coll. (2015). Ainsi on note une grande variation des caractéristiques des boues.
Ingallinella et coll. (2002) ont montré que le stockage, la température, l’intrusion des eaux souterraines dans les fosses septiques, les performances des fosses septiques, les technologies et engins de vidange sont les principaux facteurs responsables de la variation des boues de vidange.
Etude du marché de verre de Dakar
L`étude a été menée dans plusieurs magasins de commercialisation et de transformation de verre de la ville de Dakar. C`est ainsi nous avons visité les structures suivantes : BATIMAT, Sénégal Miroir, Compagnie Serigne Seck Sénégal (C3S), Aluminium Du Sénégal (ADS), Alu Distribution, et Carreaux 2000. Les enquêtes ont montré que la totalité de verre utilisé à Dakar est principalement importés des pays occidentaux et asiatiques.
Les déchets de verre sont produits par transformation (découpage sous différentes formes selon les commandes), par cassures accidentelles et ou par chutes. Une grande partie de ces déchets de verre se retrouve dans le circuit des ordures ménagères car, beaucoup de structures sont desservis par les camions de ramassage. Par ailleurs, les magasins tels que Sénégal miroir, C3S et BATIMAT ont mis en place un système de collecte et de transport spécialisés. Cependant, vue la quasi-inexistence des systèmes de réutilisation, la majeurs partie des déchets de verre produits à Dakar sont directement acheminées dans le site de décharge de Mbeubeuss. Seule la C3S qui dispose d`un magasin de stockage de ses déchets à Diamniadio.
Les résultats consignés dans le tableau 3 montrent une variation dans la production des déchets de verre. La C3S, entreprise de transformation et de vente, produits plus de déchets par rapport à Sénégal Miroir et Alu Distribution. La production annuelle des déchets de verre, provenant de ces trois (3) structures est estimée à plus de 46800 kg. Par ailleurs, le pays ne dispose pas encore un site de recyclage de brisures produites. Par conséquent, l`option de les utiliser comme filtre pour le traitement des boues de vidange permettra, en quelque sorte, de solutionner ce problème.
Les 46800 kg de déchets de verre produits annuellement permettraient de construire cinq (5) lits de séchage non plantés de 128 m2 pour une épaisseur de 5 cm de filtre. Cette approche permettra de résoudre doublement les problèmes liés aux déchets de verre et boues de vidange.
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Table des matières
Table des matières
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des abréviations, sigles et acronymes
Résumé
Introduction
I. Revue bibliographique
1. Production des boues de vidanges
2. Caractéristiques des boues de vidange
4. Conséquence d’une mauvaise gestion des boues
4.1. Effets néfastes sur l’environnement
4.2. Effets néfaste sur la sante
5. Le traitement des boues
5.1. Lits de séchages non plantés
5.1.1. Filtres utilisés dans les lits de séchage
5.1.2. Colmatage des filtres
5.1.3. Colonnes
5.2. Autres systèmes de traitement des boues de vidange
II. Matériel et méthodes
1. Présentation du milieu d’étude
2. Préparation de la boue
3. Dispositif expérimental
4. Préparation des filtres
5. Mode opératoire
6. Paramètres suivis
7. Etude de marché
III. Résultats et discussion
1. Caractérisation des boues
2. Caractéristiques du percolât
3. Comparaison des performances épuratoires
3.1. Réduction de la pollution primaire
3.2. Réduction de la pollution secondaire
4. Quantification du percolât
4.1 Déshydratation des boues de vidange sans temps de repos
4.2 Influence du temps de repos sur la déshydratation des boues de vidange
5. Etude du marché de verre de Dakar
Conclusions
References bibliographies
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