Paramètres de caractérisation de la pollution des eaux
L’étude de la pollution d’une eau, nécessite la connaissance d’un certain nombre de paramètres : qu’on appellera « paramètres de pollution », ils permettent d’évaluer le degré de pollution de l’eau étudiée. Des paramètres organoleptiques (odeur, saveur, couleur), physico-chimiques (pH, DBO, MES, Température, TDS etc.), toxiques (Métaux lourds), microbiologiques (bactéries, virus, parasites) peuvent être analysés pour l’évaluation d’une pollution d’un effluent donné . Selon le type d’eau ces paramètres peuvent être plus ou moins considérés. Cependant pour les eaux résiduaires, il est convenu que les paramètres de DCO, DBO ; et MES sont analysés en premier .
Principaux constituants des eaux résiduaires de laiterie
La constitution des eaux résiduaires de laiterie dépend des produits laitiers de leurs dérivés et des procédés de production mis en œuvre. Les produits retrouvés dans les effluents sont ceux qui proviennent de la matière première (lactose, protéines, lipides, sels minéraux…) et ceux qui sont ajoutés ou utilisés à des fins de lavage et d’hygiénisation (bactéricides, antiseptiques, soude, acide phosphorique et nitrique….). Il est important de noter que sa composition dépendra aussi du comportement des hommes et notamment de la rigueur avec laquelle les sous-produits seront récupérés . L’eau est une constituante majeure dans le lait (900 g.L-1) même dans sa reconstitution. La production du lait industriellement, nécessite donc une consommation d’eau importante pour sa préparation et de 2 à 10 litres d’eaux résiduaires par litre de lait produit . D’une manière générale, la pollution engendrée par les eaux résiduaires de l’industrie laitière est essentiellement de nature organique. Elles ne contiennent en principe pas de produits toxiques (sauf certains produits de nettoyage et désinfection). Les eaux résiduaires de laiterie sont considérées comme étant du lait fortement dilué . Toute la composition du lait et ses dérivés peut se retrouver ainsi dans ces eaux.
Impact des eaux résiduaires sur l’environnement
Chacun des êtres vivants participe à un équilibre qui assure la pérennité des écosystèmes. La restitution au milieu aquatique d’eaux souillées peut rompre cet équilibre. Les différentes industries y compris de laiterie et certaines collectivités, déversent des charges en matière organique souvent très supérieures à la capacité d’absorption locale des cours d’eau ; il en résulte des troubles importants : baisse des teneurs en oxygène et mortalité des poissons, prolifération d’organismes à cycle court (algues, bactéries, champignons, etc.) et des dépôts de boues. Les effets induits sont d’autant plus apparents que ces activités ont souvent des implantations situées à proximité ou sur des cours d’eau particulièrement sensibles à la pollution. L’action néfaste sur le milieu récepteur est en rapport avec les constituants organiques dissous et non dissous, colloïdaux, des huiles et des graisses, des éléments minéraux dissous ainsi que des germes pathogènes . Dans le cas d’extrême appauvrissement du milieu aquatique en oxygène, on parle alors d’eutrophisation du milieu. Dans pareil cas, la biomasse est fortement augmentée, certaines espèces animales et végétales sont remplacées par d’autres moins exigeantes en oxygène. Les sédiments jouent un rôle majeur, une zone d’anaérobiose se développe sur les fonds ou les bactéries pullulent .
Traitement biologique
Le traitement biologique des effluents à l’échelle industrielle a commencé à la fin du XIXème siècle. Il est fondé sur des travaux de pasteur et des connaissances expérimentales acquises concernant l’activité de dégradation microbienne. Le but du traitement des eaux usées par voie biologique est essentiellement de réaliser l’élimination des composés organiques, présents en majorité sous forme soluble. Compte tenu de l’excellente biodégradabilité des effluents à charge organique comme ceux laitiers, l’eau va se débarrasser de sa pollution et devient alors utilisable pour le nettoyage, l’irrigation agricole ou autres. Pour des effluents caractérisés par des gros débits et de faible concentration en pollution organique, le processus aérobie est le plus approprié : l’intensité du transfert d’oxygène est alors l’un des paramètres essentiels. Les procédés par voie biologique occupent une place très importante dans l’ensemble des procédés de traitement des eaux. Les différentes techniques utilisées peuvent être classées en fonctions d’aération et de mise en œuvre des micro-organismes. Ainsi, on distingue : les procédés aérobies à culture libre ou boues activées; les procédés aérobies à cultures fixées ; les procédés anaérobies à cultures libres ; les procédés anaérobies à cultures fixées.
Principe de la coagulation / floculation et réactions mis en jeux
La coagulation a pour but principal de déstabiliser les particules en suspension c’est- à -dire de faciliter leur agglomération. En pratique ce procédé est caractérisé par l’injection et la dispersion rapide de produits chimiques ou sels métalliques d’aluminium (Al2 (SO4)3.14H2O) ou de fer (Fe2(SO4)3) essentiellement. Cependant il existe d’autres coagulants organiques et inorganiques pouvant remplacer ces principaux coagulants mais pour des traitements spécifiques . L’efficacité de ces coagulants est directement liée à la valence des cations utilisés . La floculation a pour objectif de favoriser à l’aide d’un mélange lent, les contacts entre les particules déstabilisées. Ces particules s’agglutinent pour former un floc qu’on peut facilement éliminer par les procédés de décantation et de filtration. Des floculants ou adjuvants de floculation peuvent être ajoutés généralement des macromolécules ou polyélectrolytes (SP6, Praesthol 2515 etc.) ayant le rôle de grossir les flocs formés par la coagulation . Il est important que les procédés de coagulation et de floculation soient utilisés correctement. En effet, la production d’un floc trop petit ou trop léger entraine une décantation insuffisante. Aussi, lorsque les eaux arrivent sur les filtres, elles contiennent une grande quantité de particules de floc qui encrassent rapidement ces filtres, ce qui nécessite des lavages répétés. Par ailleurs, lorsque le floc est fragile, il se brise en petites particules pouvant traverser le filtre et altérer la qualité de l’eau produite. Les suspensions de particules de faibles dimensions sont généralement stables, et cette stabilité est due à des forces de répulsions électrostatiques. Cependant il existe également des forces d’attraction entre particules, telles que, si deux particules viennent au contact, elles s’agglomèrent en un flocon stable qui se comporte comme une particule unique. La vitesse de chute des particules étant proportionnelle au carré de leur diamètre (loi de stocks) .
Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Références bibliographiques
CHAPITRE I: GENERALITES SUR LES EAUX RESIDUAIRES DE LAITERIE
I.1- Introduction
I.2- Paramètres de caractérisation de la pollution des eaux
I.3- Principaux constituants des eaux résiduaires de laiterie
I.4- Impact des eaux résiduaires sur l’environnement
I.5- Normes et réglementation
I.6- Conclusion
Références bibliographiques
CHAPITRE II : TRAITEMENTS DES EAUX RESIDUAIRES DE LAITERIE
II.1- Introduction
II.2- Traitements biologiques
II.2.1. Traitement biologique aérobie
II.2.2. Traitement biologique anaérobie
II.3- Traitements physico-chimiques
II.3.1. L’électrocoagulation
II.3.1.1. Définition
II.3.1.2. Principe de l’électrocoagulation et réactions mis en jeux
II.3.1.3. Lois de Faraday, calculs de consommations énergétiques et d’électrodes
II.3.1.4. Avantages et Inconvénients
II.3.2. Coagulation / floculation
II.3.2.1. Définition
II.3.2.2. Principe de la coagulation / floculation et réactions mis en jeux
II.3.2.3. Mécanismes
II.3.2.4. Avantages et inconvénients
II.3.3. Adsorption
II.3.3.1. Définition
II.3.3.2. Principe de l’adsorption
II.3.3.3. Matériaux et biomatériaux
II.3.3.4. Modélisation
II.3.3.4.1. Modélisation de l’adsorption
II.3.3.4.2. Modélisation cinétique
II.3.3.5 Etude thermodynamique de l’adsorption
II.3.3.6. Mécanismes
II.3.3.7. Avantages et Inconvénients
II.3.4. Procédés d’Oxydation Avancée POA : Oxydation et éléctro-oxydation
II.3.4.1. Introduction
II.3.4.2. Définition
II.3.4.3. Principe
II.3.4.4. Classification des procédés POA
II.3.4.5. Avantages et Inconvénients
II.4. Conclusion
Références bibliographiques
CHAPITRE III : MATERIELS ET METHODES
III.1. Echantillonnage et paramètres analysés
III.2. Procédure expérimentale
III.2.1. Réacteur d’EC et procédure expérimentale
III.2.2. Réacteur de Coagulation/Floculation et procédure expérimentale
III.2.3. Préparation et caractérisation du cactus pour l’adsorption
III.2.4. Procédure expérimentale et équipement d’adsorption sur OFIP
III.2.5. Expériences d’oxydation avancée
Références bibliographiques
CHAPITRE IV : RESULTATS ET DISCUSSION
IV. 1. Introduction
IV. 2. Résultats du traitement des eaux de laiterie par électrocoagulation
IV. 2. 1. Résultats d’optimisation du traitement EC
IV. 2. 1.1. Influence de la densité de courant
IV. 2. 1.2. Influence du pH
IV. 2. 1.3. Influence de la turbidité initiale
IV. 2. 1.4. Influence de la température
IV. 2. 2. Pertes de masse aux électrodes et caractérisation de la boue formée
IV.2.3. Mécanisme
IV.2.4. Comparaison des résultats d’électrocoagulation avec d’autres travaux récents
IV. 2. 5. Calcul du coût opérationnel
IV.3. Résultats du traitement des eaux de laiterie par coagulation/floculation
IV.3. 1. Résultats d’optimisation
IV.3. 1.1. Influence de la concentration du coagulant
IV.3. 1.2. Influence de la turbidité initiale
IV.3. 1.3. Influence du pH
IV.3. 2. Boue formée après clarification
IV.3. 3. Mécanisme
IV.3.4. Comparaison des résultats de coagulation avec d’autres travaux
IV.3.5. Calcul cout opérationnel
IV.4. Résultats de traitement des eaux de laiterie par adsorption
IV.4. 1. Caractérisation de l’OFIP
IV.4.2. Résultats d’optimisation de l’adsorption
IV.4. 2.1. Influence de la concentration de l’OFIP
IV.4. 2.2. Influence du pH et mécanismes d’adsorption
IV.4. 2.3. Influence de la turbidité initiale
IV.4. 2.4. Influence de la température
IV.4.3. Comparaison des résultats d’adsorption sur d’autres biomatériaux
IV.5. Résultats du traitement des eaux de laiterie par oxydation chimique et électro-oxydation
IV.5.1.Résultats du traitement par oxydation chimique
IV.5.1.1. Effet de l’électrolyte support (KCl) sur l’oxydation chimique en présence de NaClO
IV.5.1.2. Effet de la température sur l’oxydation chimique par NaClO
IV.5.1.3. Effet de la turbidité initiale sur l’oxydation chimique en présence de NaClO
IV.5.2.Résultats du traitement d’EC en présence de NaClO
IV.5.3. Résultats du traitement d’EC/Fenton
IV.6. Etude comparative des différents traitements étudiés
IV.7. Conclusion
Références bibliographiques
CONCLUSION GENERALE
