Exposé réalisé dans le cadre du module d’Hydraulique Dispensé par le professeur : EL KAYLOUBI Abdelaziz Exposé réalisé par : BOUCHACHI Zineb TABYAOUI Kaoutar Classe : 1ière GC3
DESCRIPTION Dans un Maroc en plein essor, avec 29891708 habitants*, la gestion des eaux usées s’impose comme un problème urgent nécessitant un traitement rapide et efficace, notamment en milieu urbain. En effet, dans la perspective écologique mondiale à laquelle adhère le Maroc, le traitement des eaux usées est une priorité à laquelle il faut se consacrer dès aujourd’hui. Dans le cadre de ce travail, on va exposer l’état du secteur, à savoir comment se gèrent les eaux usées dans les différents pôles industriels du royaume (la Région du grand Casablanca et éventuellement celle de Rabat-Salé-Zemmour-Zaïre). Pour ensuite mettre en valeur les nouvelles méthodes d’épuration, de traitement et de réexploitation, réalisés dans des stations localisées un peu partout sur le sol marocain. Pour finir avec les méthodes innovantes dans le domaine pouvant garantir une gestion plus efficace, plus écologique et plus économique des eaux usées.
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Selon le décret authentifiant la population légale du royaume (Décret n° 2-05-189 du 2 Décembre 2005) en se
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Sommaire 1 : Définition des eaux usées ___________________________________________________ 3 1-1 : Origines des eaux usées ______________________________________________________ 3 1-2 : Catégories d’eaux usées _______________________________________________________ 3 1-3 : Composition des eaux usées ___________________________________________________ 4
2 : Pourquoi est-il nécessaire de traiter les eaux usées ? _____________________________ 5 3 : Processus de traitement des eaux usées _______________________________________ 6 3-1 : La collecte des eaux usées _____________________________________________________ 6 3-2 : L’épuration des eaux usées ____________________________________________________ 7 3-2-1 : Prétraitement _____________________________________________________________________ 8 3-2-2 : Le traitement primaire ______________________________________________________________ 8 3-2-3 : Les traitements secondaires _________________________________________________________ 9 3-2-4 : La désinfection ___________________________________________________________________ 12
4 : La réutilisation des eaux usées ______________________________________________ 12 4-1 : Les principales voies de réutilisation ____________________________________________ 12 4-1-1 : Le secteur agricole ________________________________________________________________ 14 4-1-2 : Le secteur industriel _______________________________________________________________ 14 4-1-3 : Réutilisation pour un usage alimentaire (eau « potable ») _________________________________ 14
4-2 : Evaluation économique des filières de réutilisation des eaux usées ___________________ 15
5 : Expérience marocaine dans le domaine épuration - réutilisation _________________ 15 5-1 : Réutilisation des eaux usées épurées en agriculture au Maroc _______________________ 16 5-1-1 : Pourquoi réutiliser les eaux usées épurées au Maroc ? ____________________________________ 16 5-1-2: Les projets réalisés au Maroc ________________________________________________________ 17 5-1-3 : Cas de la ville de Ben Slimane ________________________________________________________ 17
6 : Conclusion ______________________________________________________________ 19
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1 : DEFINITION DES EAUX USEES : Les eaux souillées qui ont déjà été utilisées dans une activité humaine sont dits eaux usées. Ces eaux sont considérées comme polluées et doivent être traitées.
1-1 : Origines des eaux usées : Les eaux usées proviennent de diverses sources, citons ici quelques provenances possibles. Pour certaines d’entre elles, les contaminants probables figurent entre parenthèses :
Déchets d'origine humaine (hygiène, ménage, toilettes) Fuite de fosse septique ; Déversement de fosse septique ; Evacuation d'installation de traitement d'eaux d'égout ; Eau de lavage (personnes, vêtements, sols, vaisselle, etc...) également connu comme eau grise ; Précipitations collectées par les toits ; Eaux souterraines infiltrées dans le réseau d'égouts ; Liquides manufacturés en surplus provenant de sources domestiques (boissons, huiles de cuisine, pesticides, huiles de graissage, liquides de peinture, de nettoyage, etc...) ; Écoulement urbain des précipitations sur les routes, les parkings, les trottoirs (contient des huiles, fèces animales, ordures, traces de carburant, résidus de caoutchouc, métaux provenant des gaz d'échappement des véhicules, etc..) ; Entrées d'eau de mer (sel, micro-organismes, volumes élevés) ; Entrée directe d'eau de rivières (micro-organismes, volumes élevés) ; Entrée directe de liquides synthétiques (décharge illégale de pesticides, d'huiles usagées, etc...) ; Drainage des routes (huile, agents de dégivrage, résidus de caoutchouc) ; Drainage de tempête (presque n'importe quoi, y compris voitures, chariots, arbres, bétail, etc...) ; Pertes industrielles ; Drainage industriel d'un site.
1-2 : Catégories d’eaux usées : Les eaux usées domestiques : Elles proviennent des différents usages domestiques de l'eau. Elles sont essentiellement porteuses de pollution organique. Elles se répartissent en eaux ménagères, qui ont pour origine les salles de bains et les cuisines, et sont généralement chargées de détergents, de graisses, de solvants, de débris organiques, etc. et en eaux "vannes" ; il s'agit des rejets des toilettes, chargés de diverses matières organiques azotées et de germes fécaux. La pollution journalière produite par une personne utilisant de 150 à 200 litres d'eau est évaluée à : - de 70 à 90 grammes de matières en suspension 3
- de 60 à 70 grammes de matières organiques - de 15 à 17 grammes de matières azotées - 4 grammes de phosphore - plusieurs milliards de germes pour 100 ml.
Les eaux industrielles : Elles sont très différentes des eaux usées domestiques. Leurs caractéristiques varient d'une industrie à l'autre. En plus de matières organiques, azotées ou phosphorées, elles peuvent également contenir des produits toxiques, des solvants, des métaux lourds, des micropolluants organiques, des hydrocarbures. Certaines d'entre elles doivent faire l'objet d'un prétraitement de la part des industriels avant d'être rejetées dans les réseaux de collecte. Elles sont mêlées aux eaux domestiques que lorsqu'elles ne présentent plus de danger pour les réseaux de collecte et ne perturbent pas le fonctionnement des usines de dépollution.
Les eaux pluviales : Elles peuvent, elles aussi, constituer la cause de pollutions importantes des cours d'eau, notamment pendant les périodes orageuses. L'eau de pluie se charge d'impuretés au contact de l'air (fumées industrielles), puis, en ruisselant, des résidus déposés sur les toits et les chaussées des villes (huiles de vidange, carburants, résidus de pneus et métaux lourds...). En outre, lorsque le système d'assainissement est dit "unitaire", les eaux pluviales sont mêlées aux eaux usées domestiques. En cas de fortes précipitations, les contraintes de préservation des installations d'épuration peuvent imposer un déversement ("délestage") de ce "mélange" très pollué dans le milieu naturel. Enfin, dans les zones urbaines, les surfaces construites rendent les sols imperméables et ajoutent le risque d'inondation à celui de la pollution.
1-3 : Composition des eaux usées : Les eaux usées contiennent 99.9% d’eau, mais contiennent également des éléments solides et d’autres chimiques dont on cite: Des produits organiques solubles et les microbes pathogènes portés par les eaux, provenant des utilisations domestiques et industrielles. Les produits organiques solubles (dé-oxygénation des eaux) Les concentrations élevées des nutriments N (nitrates) et P (phosphates) (eutrophisation des cours d’eau) Les concentrations élevées en métaux lourds (toxicité). D'autres substances toxiques (médicaments, pesticides, herbicides, dissolvants excessifs, peintures et autres produits chimiques ménagers)
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2 : POURQUOI EST-IL NECESSAIRE DE TRAITER LES EAUX USEES ? La contrainte la plus importante pour le traitement des eaux usées est le plus souvent le respect de la santé publique. En effet, les eaux usées contiennent un bon nombre de constituants qui peuvent être néfaste pour la santé. Une fois déversées vers la mer ou les rivières, certains organismes comme les bactéries, les protozoaires, les helminthes et les virus peuvent survivre dans ces milieux et affecter l’humain par ingestion de l'eau et les aliments contaminés. Le tableau ci-dessus présente les caractéristiques épidémiologiques des microbes pathogènes entériques en termes de leur efficacité en causant des infections par l'irrigation d'eau usée : Microbe pathogène
Persistance dans l‘ environnement
Dose Minimale Infectante
Immunité
Voie d'infection
Étape de Latence/sol
Virus
moyen
faible
longue
principalement par
non
contact, nourriture et eau à la maison Bactéries
Protozoaire
Court
moyenne
court
à
à
à
moyen
grande
moyen
court
faible à
aucun
moyen
à peu
principalement par
non
contact, nourriture et eau à la maison principalement par
non
contact, nourriture et eau à la maison
Helminthes
longue
faible
aucun à peu
principalement le contact avec le sol et la nourriture à l’extérieure de la maison
oui
On remarque que le danger de ces organismes persiste même s’ils sont à faible concentration comme dans l’eau de la mer et celle des rivières. Ce qui peut causer, en absence de traitement, les 5
faits suivants :
Un danger accru d’utiliser les eaux naturelles comme source d’eau potable : En effet, ces derniers risquent d’être contaminés par les rivières et les mers où sont déversées les eaux usées. La contamination des poissons et des fruits de mer, les rendant ainsi impropres à la consommation. Un danger pour la baignade dans les eaux contaminées et la perte de valeur d’eau pour d’autres fins récréatives. L’épuisement d’oxygène, ce qui peut entraîner la disparition de la vie aquatique. En effet, les zones privées d'oxygène par la pollution entrainent la mort de la faune et de la flore ou créent des barrières infranchissables empêchant notamment la migration des poissons. L’apparition des conditions indésirables comme de mauvaise odeurs ou une accumulation de débris.
D’où la nécessité d’un traitement qui a pour objectif de diminuer suffisamment la quantité des substances polluantes contenues dans les eaux pour que l’eau finalement rejetée dans le milieu naturel ne le dégrade pas.
3 : PROCESSUS DE TRAITEMENT DES EAUX USEES : 3-1 : La collecte des eaux usées : Avant d’arriver au stade du traitement, les eaux usées sont collectées par les réseaux d’assainissement d’une agglomération, puis elles sont acheminées vers une station d’épuration ou elles subissent plusieurs phases de traitement. Le réseau d’assainissement des eaux usées d’une agglomération a pour fonction de collecter ces eaux pour les conduire à une station d’épuration. La collecte s’effectue par l’évacuation des eaux usées domestiques, (et éventuellement industrielles ou pluviales) dans les canalisations d’un réseau d’assainissement appelés aussi collecteurs, (les collecteurs de la ville de Casablanca s’étendent sur 4058 km). Ce réseau peut être soit unitaire ou séparatif. Les réseaux unitaires évacuent dans les mêmes canalisations les eaux usées domestiques et les eaux pluviales. Ils cumulent les avantages de l'économie (un seul réseau à construire et à gérer) et de la simplicité (toute erreur de branchement est exclue, par définition) ; mais nécessitent de tenir compte des brutales variations de débit des eaux pluviales dans la conception et le dimensionnement des collecteurs et des ouvrages de traitement. Les réseaux séparatifs collectent les eaux domestiques dans un réseau et les eaux pluviales dans un autre. Ce système a l'avantage d'éviter le risque de débordement d'eaux usées dans le milieu naturel lorsqu'il pleut. Il permet de mieux maîtriser le flux et sa concentration en pollution et de mieux adapter la capacité des stations d'épuration.
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Le transport des eaux usées dans les collecteurs se fait en général par gravité, c’est-à-dire sous l’effet de leur poids. Il peut parfois s’effectuer par refoulement, sous pression ou sous dépression. Les canalisations sont en ciment, parfois en fonte ou en PVC, plus rarement en grès ou en acier. Lorsque la configuration du terrain ne permet pas un écoulement satisfaisant des eaux collectées, on a recours à différents procédés (pompage et stations de relèvement) pour faciliter leur acheminement. Notons que les canalisations transportant en permanence des eaux chargées de pollution, il est inévitable qu'elles s'encrassent. Elles sont également menacées par l'érosion et la corrosion. Elles font donc l'objet de visites et de curages périodiques. L'entretien des ouvrages annexes comprend notamment le curage des bouches d'égout, l'entretien des bassins de retenue, des déversoirs d'orage, des postes de relèvement des eaux usées et des branchements. Une exploitation efficace du réseau suppose un travail d'entretien rigoureux et permanent du personnel qualifié du service d'assainissement. Divers ouvrages, en amont, le protègent contre l'intrusion de matières indésirables : citons les "boîtes à graisse" sur les branchements des restaurants ou les séparateurs à hydrocarbures dans les stations-service ou dans les aéroports. La régulation du flux, lorsque les eaux usées et les eaux pluviales sont mélangées, est assurée par des équipements destinés à retenir temporairement des arrivées d'eau importantes et soudaines. Elle permet de ne pas perturber le bon fonctionnement des stations d'épuration et de limiter les risques d'inondation.
3-2 : L’épuration des eaux usées : La dépollution des eaux usées nécessite une succession d’étapes faisant appel à des traitements physiques, physico-chimiques et biologiques. En dehors des plus gros déchets présents dans les eaux usées, l’épuration doit permettre, au minimum, d’éliminer la majeure partie de la pollution carbonée. Selon le degré d’élimination de la pollution et les procédés mis en oeuvre, trois niveaux de traitements sont définis. Les prétraitements consistent à débarrasser les eaux usées des polluants solides les plus grossiers (dégrillage, dégraissage). Ce sont de simples étapes de séparation physique. Les traitements primaires regroupent les procédés physiques ou physico-chimiques visant à éliminer par décantation une forte proportion de matières minérales ou organiques en suspension. A l'issue du traitement primaire, seules 50 à 60 % des matières en suspension sont éliminées. Ces traitements primaires ne permettent d'obtenir qu'une épuration partielle des eaux usées. Ils ont d'ailleurs tendance à disparaitre en tant que seul traitement, notamment lorsque l'élimination de la pollution azotée est requise. Pour répondre aux exigences réglementaires, une phase de traitement secondaire doit être conduite. Les traitements secondaires recouvrent les techniques d'élimination des matières polluantes solubles (carbone, azote, et phosphore). Ils constituent un premier niveau de traitement biologique. Pour satisfaire à la réglementation actuelle, les agglomérations de plus de 2 000 équivalents-habitants devront être raccordées à des stations d'épuration permettant un traitement secondaire des eaux usées d'ici fin 2005. Le traitement secondaire est donc désormais le niveau minimal de traitement qui doit être mis en oeuvre dans les usines de dépollution. Dans certains cas, des traitements tertiaires sont nécessaires, notamment lorsque l'eau épurée doit être rejetée en milieu particulièrement sensible. A titre d'illustration, les rejets dans les eaux de baignade, dans des lacs souffrant d'un phénomène d'eutrophisation ou dans des zones d'élevage de coquillages sont concernés par ce troisième niveau de traitement. Les traitements tertiaires peuvent 7
également comprendre des traitements de désinfection. La réduction des odeurs peut encore être l'objet d'attentions particulières.
3-2-1 : Prétraitement : Les prétraitements ont pour objectif d'éliminer les éléments les plus grossiers, qui sont susceptibles de gêner les traitements ultérieurs et d'endommager les équipements. Il s'agit des déchets volumineux (dégrillage), des sables et graviers (dessablage) et des graisses (dégraissagedéshuilage). Au cours du dégrillage, les eaux usées passent au travers d'une grille dont les barreaux, plus ou moins espacés, retiennent les matières les plus volumineuses. Ces éléments sont ensuite éliminés avec les ordures ménagères. (Notons que dans la station d’épuration casablancaise à El Hank, connait une extraction de 5300 m3 de sédiment). Le tamisage, qui utilise des grilles dont l'espacement est plus réduit, peut compléter cette phase de prétraitement. Cependant, il génère beaucoup plus de déchets. Le dessablage débarrasse les eaux usées des sables et des graviers par sédimentation. L'écoulement de l'eau à une vitesse réduite dans un bassin appelé "dessableur" entraîne leur dépôt au fond de l'ouvrage. Ces particules sont ensuite aspirées par une pompe. Les sables récupérés sont essorés, puis lavés avant d'être soit envoyés en décharge, soit réutilisés, selon la qualité du lavage. Le dégraissage vise à éliminer la présence de graisses dans les eaux usées, graisses qui peuvent gêner l'efficacité des traitements biologiques qui interviennent ensuite. Le dégraissage s'effectue par flottation. L'injection d'air au fond de l'ouvrage permet la remontée en surface des corps gras. Les graisses sont raclées à la surface, puis stockées avant d'être éliminées (mise en décharge ou incinération). Elles peuvent aussi faire l'objet d'un traitement biologique spécifique au sein de la station d'épuration. De nombreuses stations utilisent des dessableurs- dégraisseurs combinés.
3-2-2 : Le traitement primaire : Le traitement "primaire" fait appel à des procédés physiques, avec décantation plus ou moins aboutie, éventuellement assortie de procédés physico-chimiques, tels que la coagulation- floculation. Ces traitements éliminent 50 à 60 % des matières en suspension, mais ne suffisent généralement plus pour satisfaire les exigences épuratoires de la réglementation actuelle. Avec coagulation et floculation dans des décanteurs lamellaires, on peut éliminer jusqu'à 90 % des MES. La décantation primaire classique consiste en une séparation des éléments liquides et des éléments solides sous l'effet de la pesanteur. Les matières solides se déposent au fond d'un ouvrage appelé "décanteur" pour former les "boues primaires". Ces dernières sont récupérées au moyen d'un système de raclage. Ce traitement élimine 50 à 55 % des matières en suspension et réduit d'environ 30 % la DBO et la DCO. L'utilisation d'un décanteur lamellaire permet d'accroître le rendement de la décantation. Ce type d'ouvrage comporte des lamelles parallèles inclinées, ce qui multiplie la surface de décantation et accélère donc le processus de dépôt des particules. Une décantation lamellaire permet d'éliminer plus de 70 % des matières en suspension et diminue de plus de 40 % la DCO et la DBO. 8
La décantation est encore plus performante lorsqu'elle s'accompagne d'une floculation préalable. La coagulation floculation permet d'éliminer jusqu'à 90 % des matières en suspension et 75 % de la DBO. Cette technique comporte une première phase d'adjonction d'un réactif, qui provoque l'agglomération des particules en suspension, puis une accélération de leur chute au fond de l'ouvrage.
3-2-3 : Les traitements secondaires : Dans la grande majorité des cas, l'élimination des pollutions carbonée et azotée s'appuie sur des procédés de nature biologique. Les procédés membranaires combinent quant à eux des procédés biologiques et physiques.
3-2-3-1 : Les traitements biologiques : Les traitements biologiques reproduisent, artificiellement ou non, les phénomènes d'autoépuration existant dans la nature. L'auto-épuration regroupe l'ensemble des processus par lesquels un milieu aquatique parvient à retrouver sa qualité d'origine après une pollution. Les techniques d'épuration biologique utilisent l'activité des bactéries présentes dans l'eau, qui dégradent les matières organiques. Ces techniques sont soit anaérobies, c'est-à-dire se déroulant en absence d'oxygène, soit aérobies, c'est-à-dire nécessitant un apport l'oxygène. Parmi les traitements biologiques, on distingue les procédés biologiques extensifs et intensifs. Les procédés biologiques extensifs Le lagunage utilise la capacité épuratrice de plans d'eau peu profonds. Concrètement, les eaux usées sont envoyées dans une série de bassins, au minimum trois. L'oxygène est apporté par les échanges avec l'atmosphère au niveau du plan d'eau et par l'activité de photosynthèse des microalgues de surface. La pollution organique se dégrade sous l'action des bactéries présentes dans le plan d'eau. Le rayonnement solaire détruit en outre certains germes (lagunage de finition, dans les derniers bassins). La durée de séjour des eaux usées dans les bassins peut atteindre 60 jours et les eaux à traiter doivent avoir subi une décantation préalable (lagunage primaire). Ce mode d'épuration permet d'éliminer 80 % à 90 % de la DBO, 20 % à 30 % de l'azote et contribue à une réduction très importante des germes. Il a cependant l'inconvénient d'utiliser des surfaces importantes et de ne pas offrir des rendements constants durant l'année. Il est surtout bien adapté aux communes rurales. Les procédés biologiques intensifs Ils regroupent toute une série de techniques ayant en commun le recours à des cultures bactériennes qui "consomment" les matières polluantes. Il existe deux grandes catégories de procédés biologiques artificiels :
les installations à "cultures libres", dans lesquelles la culture bactérienne est maintenue en suspension dans le courant des eaux usées à traiter ; les installations à "cultures fixées", où la culture bactérienne (appelée aussi "biofilm", "film biologique" ou "biomasse") repose sur un support (caillou, plastique, milieu granulaire fin).
Les installations à "boues activées" fonctionnent selon le principe des "cultures libres". Il s'agit d'un système d'épuration aérobie, c'est-à-dire nécessitant un apport d'oxygène. La culture bactérienne est maintenue dans un bassin aéré et brassé. Un système d'aération permet à la fois d'apporter l'oxygène 9
nécessaire à l'épuration et de brasser les eaux usées. Ce brassage est indispensable pour homogénéiser le mélange et éviter les dépôts. Les matières organiques contenues dans l'eau se transforment en carbone (sous la forme de dioxyde de carbone - CO2) sous l'action des bactéries. Les résidus ainsi formés, contenant ce stock de bactéries, sont appelés "boues". Après un temps de séjour dans ce bassin d'aération, l'effluent est renvoyé dans un clarificateur, appelé aussi décanteur secondaire. L'eau épurée est ainsi séparée des boues par décantation. Ensuite, les boues sont soit envoyées dans une unité de traitement spécifique, en vue de leur épandage agricole ou de leur élimination, soit réinjectées pour partie dans le bassin d'aération. On qualifie cette opération de "recirculation des boues". Ce recyclage d'une partie des boues produites par le système d'épuration permet de maintenir la masse de bactéries contenue dans le bassin d'aération à un niveau compatible avec les performances épuratoires attendues. Les installations à "cultures fixées" peuvent recourir à différents types de supports pour les cultures bactériennes :
La technique des lits bactériens consiste à faire ruisseler les eaux à traiter sur un support solide où se développe une culture de micro-organismes épurateurs, le "film biologique" ou "biofilm". Les eaux usées traversent le réacteur et, au contact du film biologique, les matières organiques se dégradent. Un clarificateur doit être placé en aval du lit bactérien pour éliminer les boues résultant des matières organiques dégradées. Un décanteur est également placé en amont du lit pour éviter les colmatages. -La biofiltration utilise une culture bactérienne fixée sur un support granulaire fin, ou "milieu granulaire", immergé dans un bassin. Le milieu granulaire sert à la fois de filtre et de support aux cultures bactériennes. Cette installation offre donc la possibilité de réaliser conjointement la dégradation des matières polluantes et la clarification des eaux usées. Les matières utilisées pour le support sont soit naturelles (pouzzolane, argiles expansés, schistes ), soit synthétiques (billes de polystyrène expansé). Quel qu'il soit, le matériau retenu doit se caractériser par son action filtrante et permettre une fixation maximale des cultures biologiques. Un système d'aération apporte l'oxygène nécessaire à l'intérieur du filtre.
Mise au point dans les années 80, cette technique élimine environ 90 % de la DBO et peut également éliminer l'azote. Elle présente l'avantage d'utiliser des installations plus compactes qui permettent une intégration facile des usines d'épuration en milieu urbain.
3-2-3-2 : Les procédés membranaires : Les procédés membranaires combinent des procédés biologiques et physiques. Un traitement par boues activées est suivi d'une filtration au travers de membranes organiques ou céramiques. Ces membranes très fines constituent une barrière physique qui retient les micro-organismes et les particules. Les bactéries ne franchissent pas la membrane, mais restent dans le réacteur, c'est-à-dire le bassin à boues activées où se déroule la réaction biologique de dégradation des matières organiques. Ce type de traitement a l'avantage de nécessiter des installations de dimension réduite (suppression du clarificateur) et d'offrir un très haut niveau d'épuration. Mais il reste peu utilisé, car les coûts de fonctionnement en sont très élevés.
3-2-3-4 : Clarification et rejet des effluents :
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À l'issue des traitements, une ultime décantation permet de séparer l'eau épurée et les boues ou résidus secondaires issus de la dégradation des matières organiques. Cette décantation est opérée dans des bassins spéciaux, les clarificateurs. L'eau épurée peut alors être rejetée dans le milieu naturel. Les boues récupérées en fond d'ouvrage sont pour partie renvoyées vers le bassin d'aération pour y maintenir la concentration voulue en micro-organismes épuratoires et, pour partie, extraites et envoyées sur la ligne de traitement des boues. Les traitements complémentaires : azote, phosphore, désinfection Des traitements plus poussés sont effectués lorsque la nature des milieux recevant l'eau dépolluée l'exige : les zones sujettes aux phénomènes d'eutrophisation, les lieux de baignade et de conchyliculture (élevage de coquillages). Ils sont, la plupart du temps, concomitants au traitement biologique du carbone.
3-2-3-5 : L'élimination de l'azote : Les stations d'épuration prévues pour éliminer les matières carbonées n'éliminent qu'environ 20 % de l'azote présent dans les eaux usées. Pour satisfaire aux normes de rejet en zones sensibles, des traitements complémentaires doivent être mis en place. L'azote organique se transforme dans les eaux usées en azote ammoniacal (NH4+). L'élimination de l'azote ammoniacal est, le plus souvent, obtenue grâce à des traitements biologiques, de "nitrificationdénitrification". La nitrification consiste en une transformation, par des cultures bactériennes, de l'azote ammoniacal en nitrates (NO3), une forme oxydée de l'azote. Une seconde phase, la dénitrification, complète le processus. Les nitrates, sous l'action de bactéries "dénitrifiantes", sont transformés en azote gazeux. Ce gaz s'échappe alors dans l'atmosphère comme le CO2 produit par l'élimination des matières carbonées. Ces procédés sont aujourd'hui les plus compétitifs et les mieux adaptés, puisqu'ils peuvent, notamment, être combinés à l'élimination de la pollution carbonée. Il suffit pour cela que les volumes des bassins et les dispositifs d'aération soient suffisants. Les procédés physiques et physico-chimiques d'élimination de l'azote (électrodialyse, résines échangeuses d'ions, "strippage" de l'ammoniaque) ne sont pas utilisés dans le traitement des eaux résiduaires urbaines, pour des raisons de rendement et de coût.
3-2-3-6 : L'élimination du phosphore : L'élimination du phosphore, ou "déphosphatation", peut être réalisée par des voies physicochimiques ou biologiques. En ce qui concerne les traitements physico-chimiques, l'adjonction de réactifs, comme des sels de fer ou d'aluminium, permet d'obtenir une précipitation de phosphates insolubles et leur élimination par décantation. Ces techniques, les plus utilisées actuellement, éliminent entre 80 % et 90 % du phosphore, mais engendrent une importante production de boues. La déphosphatation biologique consiste à provoquer l'accumulation du phosphore dans les cultures bactériennes des boues. Les mécanismes de la déphosphatation biologique sont relativement complexes et leur rendement variable (en fonction notamment de la pollution carbonée et des nitrates présents dans les eaux usées). Le rendement moyen est d'environ 60 %. Dans les grosses installations d'épuration, ce procédé est souvent couplé à une déphosphatation physico-chimique, pour atteindre les niveaux de rejets requis. 11
3-2-4 : La désinfection : Les traitements primaires et secondaires ne détruisent pas complètement les germes présents dans les rejets domestiques. Des procédés d'élimination supplémentaires sont donc employés lorsque les eaux traitées sont rejetées en zone de baignade, de pisciculture ou d'élevage de coquillages. L'éventail des techniques de désinfection est assez large.Un réactif désinfectant peut être ajouté aux eaux traitées, avant leur rejet dans le milieu naturel. Le chlore est le désinfectant le plus courant. Mais la désinfection peut également s'effectuer avec l'ozone ou le brome, voire du dioxyde de chlore. Le lagunage naturel "tertiaire" assure l'exposition des micro-organismes pathogènes au rayonnement solaire. Ce rayonnement provoque une destruction des germes d'autant plus efficace que le temps de séjour des eaux traitées dans la lagune est élevé (50 à 60 jours). Cependant, l'efficacité de ce traitement s'amoindrit lorsque l'exposition aux rayons du soleil se réduit, pendant l'hiver ou lors de remise en suspension de sédiments à l'occasion de fortes précipitations. Des lagunes de finition peuvent par contre être installées en aval d'une station biologique classique. Les ultraviolets (UV) sont de plus en plus utilisés, depuis quelques années, pour désinfecter les eaux usées urbaines. Assurant un bon rendement de désinfection, les UV nécessitent un investissement important, mais présentent l'avantage de ne pas entraîner l'apparition de sous-produits de désinfection. La tendance mondiale actuelle va non seulement vers l’épuration des eaux usées avant de les déverser en milieu maritime, mais en plus de tenter de les réexploiter dans différents domaines
4 : LA REUTILISATION DES EAUX USEES : L'objectif principal de la réutilisation des eaux usées est non seulement de fournir des quantités supplémentaires d'eau de bonne qualité en accélérant le cycle d'épuration naturelle de l'eau, mais également d'assurer l'équilibre de ce cycle et la protection du milieu environnant. Par définition, cette réutilisation est une action volontaire et planifiée qui vise la production des quantités complémentaires en eau pour différents usages afin de combler des déficits hydriques.
4-1 : Les principales voies de réutilisation : En fonction des exigences de qualité des consommateurs, deux grandes classes de réutilisation peuvent être définies : Les usages potables qui peuvent être directs, après un traitement poussé, ou indirects, après passage dans le milieu naturel (Figure 1) Les usages non potables dans les secteurs agricoles (irrigation), industriel et urbain (Figure 2).
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Figure 1: schéma de la réutilisation directe et indirecte des eaux usées Au plan mondial, l'utilisation de cette technique par l'agriculture, l'industrie et les usages domestiques couvre respectivement 70 %, 20 %, 10 % de leur demande en eau. La figure ci-dessous résume les principales voies de réutilisation dans les pays ayant une expérience significative dans ce domaine. Il apparaît que la réutilisation pour l'irrigation est essentiellement présente dans les pays réputés agricoles mais dont les ressources hydriques sont faibles, comme le bassin méditerranéen, le Sud des Etats-Unis. Les plus grands projets de réutilisation ont été développés dans les régions de l'Ouest et de l'Est des Etats-Unis, l'espace méditerranéen, l'Australie, l'Afrique du Sud et dans les zones semi-arides de l'Amérique du Sud et de l'Asie du Sud.
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4-1-1 : Le secteur agricole : La majorité des projets de réutilisation des eaux usées concerne des utilisations agricoles. Pour ce secteur, la réutilisation des eaux améliore les rendements des cultures et apporte des bénéfices financiers. Afin de garantir la protection de la santé publique, il est indispensable de mettre en place des normes et des réglementations strictes et adaptées à la spécificité des différentes cultures. Il existe deux grands groupes de normes : les recommandations de l'OMS (1989) et la réglementation californienne « titre 22 » (1978). L'objectif principal est d'éliminer les risques sanitaires. Ainsi, pour l'irrigation sans restriction, la pollution microbiologique des eaux usées utilisées doit, selon l'OMS, rester au-dessous de 1 000 coliformes fécaux (CF)/100 ml et moins de 1 oeuf d'helminthe/l. Le « Titre 22 » californien fixe des restrictions plus sévères, voire l'absence totale de germes-tests : moins de 2,2 coliformes totaux (CT)/100 ml. Dans certains pays, les normes sont draconiennes pour les végétaux destinés à la consommation. Ainsi, l'Afrique du Sud exige une qualité d'eau potable pour cette application ; l'état d'Arizona a introduit l'absence de virus comme nouveau paramètre microbiologique (Figure 3) [28]. Dans les pays où les normes existantes sont très sévères (Australie, Etats-Unis, certains pays du Moyen-Orient), un traitement secondaire est obligatoire, et parfois, en sus, un traitement tertiaire
L'irrigation de cultures ou d'espaces verts est la voie la plus répandue de réutilisation des eaux usées urbaines. Au niveau mondial, c'est également la solution qui a le plus d'avenir à court et à moyen terme.
4-1-2 : Le secteur industriel : La réutilisation industrielle des eaux usées et le recyclage interne sont désormais une réalité technique et économique. Pour certains pays et types d'industries, l'eau recyclée fournit 85 % des besoins globaux en eau. Les secteurs les plus grands consommateurs en eau sont les centrales thermiques et nucléaires (eau de refroidissement) et les papeteries. La qualité de l'eau réutilisée est réglementée et dépend du type d'application ou de production industrielle. La part des eaux usées urbaines ne dépasse pas 15% du volume des eaux réutilisées en industrie. Aux Etats-Unis, par exemple, le volume des eaux résiduaires réutilisées en industrie est d'environ 790 000 m3/j, dont 68 % pour le refroidissement.
4-1-3 : Réutilisation pour un usage alimentaire (eau « potable ») Le progrès technologique du métier de l'eau permet de produire une eau de très bonne qualité, même à partir des eaux usées. De nombreuses études ont conclu à l'absence d'objection pertinente à la réutilisation des eaux résiduaires correctement traitées à des fins potables. Toutefois, les principales contraintes pour ce type d'usage sont psychologiques et culturelles associées à la perception de l'eau usée comme dangereuse et malsaine. De ce fait, la tendance principale aujourd'hui est l'usage indirect, après un séjour temporaire de l'eau usée traitée dans le milieu naturel. En fonction de la destination de l'eau réutilisée, ce type de réutilisation peut être classé soit dans la catégorie de réutilisation potable, soit pour des usages non potables. Dans le premier cas, il faut souligner l'impact 14
psychologique très positif de ce détour par le milieu naturel qui permet à l'eau destinée à la réutilisation de perdre son identité d'eau usée.
4-2 : Evaluation économique des filières de réutilisation des eaux usées : L'analyse économique porte sur la valeur des fonds investis pour la construction et l'exploitation d'un projet de réutilisation, mesurée en termes financiers et calculée sur la base actuelle des prix. Seul le coût marginal du recyclage des eaux usées (traitement supplémentaire, stockage et distribution) doit être inclus (à l'exclusion du coût de collecte et de traitement des eaux usées). La Figure suivante montre les éléments constitutifs du coût total de la réutilisation de l'eau. Sont compris les coûts de collecte de l'effluent secondaire, du traitement supplémentaire et du stockage, du réseau de distribution et de tous les raccords. La répartition entre les coûts d'investissement et les coûts d'exploitation et maintenance varie d'un projet à l'autre et dépend des procédés de traitement mis en œuvre.
Figure : distribution des coûts des filières de réutilisation
Les coûts sont également fortement influencés par les contraintes locales : prix du site de construction, distance entre le site de production et les consommateurs, nécessité de doubler ou d'aménager le réseau. Les deux dernières contraintes sont primordiales car dans de nombreux projets l'investissement principal est dû au réseau de distribution à mettre en place.
5 : EXPERIENCE MAROCAINE DANS EPURATION - REUTILISATION
LE DOMAINE
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5-1 : Réutilisation des eaux usées épurées en agriculture au Maroc : Le Maroc deviendra un pays en déficit hydrique d’ici 2020. En effet, les ressources en eaux ne cessent de se limiter. Certaines régions du Maroc connaissent déjà de sévères pénuries d’eau. La sécheresse est devenue un élément structurel qui limite le développement économique du pays, chose qui nous pousse à adopter de nouvelles stratégies d’approvisionnement en eau et de nouvelles perspectives dans la gestion des eaux usées.
5-1-1 : Pourquoi réutiliser les eaux usées épurées au Maroc ? Parmi les raisons qui ont poussé le maroc à adopter la politique de la réutilisation des eaux usées on cite :
Conditions climatiques: climat aride, mauvaise Répartition des précipitations, sécheresse Développement socio-économique et accroissement démographique Classement du Maroc parmi les pays en situation de Stress hydrique chronique (< 1000m3/hab./ an)
D’autre part la disponibilité des eaux diminue d’une année à l’autre comme le montre le tableau suivant :
Année
1950
1990
2000
2025
2050
Population (Million)
10,132
24,334
30,000
40,650
47,858
Disponibilité
2764
1151
1000
689
585
D’après la répartition des eaux usées rejetées selon le milieu récepteur l’épuration des eaux usées au Maroc est devenue indispensable, ce que prouve aussi le tableau suivant : 16
Milieu récepteur
volume rejeté en Million de m3
%
Littoral atlantique Méditerranéen
316
57,8
230
42,2
546
100
Oueds et Talwegs
Total
On remarque bien qu’il s’agit de quantités énormes d’eaux rejetées, alors que seulement 8% de ces quantités sont épurées.
Impact de la situation actuelle Maroc Réutilisation des eaux usées brutes. Maladies sanitaires. Pollution des eaux superficielles. Cout d’amélioration des ressources en eau
Donc la réutilisation des eaux usées épurées au Maroc reste une face à la rareté des ressources hydriques en : o o
variante importante Pour faire
Soulageant l’exploitation des ressources hydriques (ressource supplémentaire non négligée. Protégeant les ressources hydriques contre la pollution ( REU contrôlée).
5-1-2: Les projets réalisés au Maroc : Les projets d’épuration réutilisation au Maroc ont commencé depuis les années 80, où on a démarré les premières expérimentations de traitement avec intégration de la réutilisation .D’abord traiter les eaux usées suivant des méthodes qui s’adaptent à une réutilisation et à coût faible et les réutiliser suivant : des normes sanitaires, des pratiques d’irrigation tout en veillant à la protection de l’environnement. Voilà la situation actuelle des situations d’épuration au Maroc : Projet
Démarrage
Marrakech Ouarzazate Ben Sergao Ben Slimane Drargua
1985 1989 1990 1997 1999
Capacité de traitement 380 m3/j 430 750 m3/j 5 600 m3/j 600 m3/j
Population raccordée 3000 4300 15 000 37 000 5 700
5-1-3 : Cas de la ville de Ben Slimane 17
Généralités sur la ville de Ben Slimane : Situation géographique
50Km au Sud Ouest de Rabat
Population :
40 000 Habitants
Raccordement au réseau d’assainissement
80%
Type du réseau
Unitaire
Le projet est axé sur 3 objectifs principaux :
Epuration des eaux : Protection de l’environnement et de la santé publique Economie de l’eau : Réutilisation en irrigation Développement des potentialités touristiques de la région
La technologie adoptée par la STEP est basée sur une combinaisons des techniques du lagunage naturel, améliorée par une légère aération et associée à un système d’affinage de la dépollution par des réservoirs profonds, comme elle est conçue pour un débit 5600m3/j pour satisfaire les besoins de la ville.
Les étapes d’épurations qu’on trouve généralement et qui existent en station de Ben Slimane sont :
Prétraitement Traitement primaire Traitement secondaire Traitement tertiaire
D’autre part les particularités de cette station sont les suivantes :
La mise en place d’une légère aération au niveau secondaire L’orientation bizzaroïde ( mais esthetique) des B.F./Vents Disponibilité d’une grande flexibilité. Présence entre chaque étape des vasques d’homogéinéisation stockage de grandes quantités d’eau
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Réutilisation des eaux dans l’irrigation :
Techniques d’irrigation : Irrigation par aspersion Zone d’Irrigation : Terrains du Golf (100 ha) Résultats : Eaux usées épurées conformes aux directives OMS avec une importante valeur fertilisante (Apport d’environ 308 Kg/ ha d’Azote)
La réutilisation des eaux usées de la station DE BEN SLIMANE pour l’irrigation de parcourt du golf a permis : L’économie sur l’eau potable La satisfaction les besoins en eau pour le golf : 3000à5000m3/j L’économie de 1000m3/j (de 1998 à 2000) Conclusion sur les projets d’épuration-réutilisation de Ben Slimane : Cette station a réalisé de bonnes performances épuratoires quant à l’abattement de la pollution organique et microbiologique .Elle a aussi atteint ses objectifs fixés : Protection du milieu et réutilisation des eaux épurées pour l’irrigation du Golf. Par ailleurs La généralisation de ce système pourrait représenter une bonne alternative de gestion dans des endroits à situation similaire.
Economie de 1000m3/j (98-20bhfj Maladies Hydriques (risques sanitaires) Pollution des Eaux superficielles Pollution des nappes souterraines Coût d’amélioration des ressources en eau
6 : CONCLUSION : La consommation mondiale de l’eau ne cesse d’augmenter, ce qui augmente par conséquent la quantité des eaux souillées nécessitant un traitement. Pour gérer ces énormes quantités d’eau usées, la construction de nouvelles stations d’épuration s’avère d’une imminence incontestable. Dans cette perspective, la tendance mondiale actuelle de gestion des eaux usées s’inspire des recommandations liées à la préservation des ressources naturelles. En effet, les gouvernements orientent leur politique dans un sens qui donne beaucoup plus d’importance à la réutilisation des eaux usées. Plutôt que de se contenter d’épurer les eaux et les déverser en milieu maritime, la réutilisation permet d’utiliser ces mêmes ressources pour des fins différentes. Le Maroc, commençant à prendre conscience des défis environnementaux à venir, commence à investir davantage dans le secteur de réutilisation des eaux usées. Quoique le nombre de station à ce dessein reste très limité par rapport à la consommation accrue des ressources en eau. L’autre restriction concerne le domaine d’exploitation de ces eaux usées, épuré et prêt à être réutilisées : il est limité au domaine de l’agriculture et n’est pas encore arrivé à combler les besoins en eau du domaine industriel.
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