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UNIVERSITE D’ANTANANANARIVO

FACULTE DES SCIENCES

DOMAINES : SCIENCES ET TECHNOLOGIES

MENTION : CHIMIE

PARCOURS : INGENIERIE EN SCIENCES ET TECHNIQUES DE L’EAU

MÉMOIRE

en vue de l’obtention du diplôme de

MASTER II

D’INGENIERIE EN SCIENCES ET TECHNIQUES DE L’EAU

« ESSAI DE TRAITEMENT DES EAUX USÉES PAR LA BIOMASSE

LIGNOCELLULOGIQUE : COQUE D’ARACHIDE.

CAS DES EAUX DU LAC ANOSY »

Présenté le 22 février 2019 par

JAOHERY Sandratrarinelina Nelly

Devant la commission d’examen composée du :

Président du Jury : Monsieur Mihasina RABESIAKA, Professeur à la Faculté des

Sciences de l’Université d’Antananarivo.

Rapporteur : Monsieur Rado RASOLOMAMPIANINA, Directeur de

Recherche Associés au Centre National de Recherches sur

l’Environnement.

Examinateur : Monsieur Bruno RAZANAMPARANY, Professeur à la Faculté

des Sciences de l’Université d’Antananarivo.

REMERCIEMENTS

Au tout début de cet ouvrage, je tiens à remercier Dieu tout puissant de m’avoir donné la force

et la santé pour la réalisation de mon étude.

Par la suite, j’exprime ma profonde reconnaissance :

A Monsieur Mihasina RABESIAKA, Professeur à l’université d’Antananarivo, Domaine

Sciences et Technologies, de l’honneur qu’il me fait d’avoir accepté de présider le jury de ce

mémoire ;

A Monsieur Rado RASOLOMAMPIANINA, Directeur de Recherches Associés au Centre

National de Recherches sur l’Environnement, et Chef du Laboratoire de Microbiologie de

l’Environnement (LME), rapporteur de ce mémoire, qui bien voulu m’encadrer et consacrer

son précieux temps pour mon suivi ;

A Monsieur Bruno RAZANAMPARANY, Professeur à l’université d’Antananarivo,

Domaine Sciences et Technologies, d’avoir accepté de se joindre à ce jury comme examinateur.

Mes remerciements s’adressent également :

A la Direction des Ressources Humaines au sein de Direction de l’Exploitation des eaux, de

m’avoir accepté mon demande de stage ; et aux équipes du laboratoire JIRAMA Mandroseza

où j’ai également bénéficié d’un appui considérable pendant mon stage ;

A Monsieur RAJAONERA Tefy Manantsoa et à Monsieur ALFA MANANIRINA

Harinaivo Donat, chercheurs en science du sol au sein du laboratoire PHRD FOFIFA

Ampandrianomby, qui n’ont pas hésité à m’aider et à m’encourager pendant mon stage.

Je tiens à exprimer mon vif remerciement à tous les enseignants de la formation ISTE qui m’ont

fait bénéficier de leurs connaissances et expériences depuis la première année jusqu’au terme

de mes études, ainsi, les personnels administratifs dans le domaine sciences et technologies à

l’Université d’Antananarivo.

Je voudrais également remercier mes parents qui ont sacrifié leurs ressources pour me fournir

soutiens matériel, financier et moral.

De même, j’aimerais remercier tous les membres de ma famille qui ont contribué, de près ou

de loin, à la réalisation de ce mémoire.

Une pensée également à mes amis et collègues, ainsi que tous ceux qui m’ont aidée directement

ou indirectement dans ce travail.

Table des matières

TABLE DES MATIERES

GLOSSAIRE.............................................................................................................................. i

LISTE DES ABREVIATIONS ............................................................................................... ii

LISTE DES TABLEAUX ....................................................................................................... iii

LISTE DES FIGURES............................................................................................................ iv

INTRODUCTION .................................................................................................................... 1

PREMIERE PARTIE : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE

I. GÉNÉRALITÉ SUR LES EAUX USÉES ................................................................... 3

I.1. Définition ............................................................................................................. 3

I.2. Origines ................................................................................................................ 3

I.3. Composition des eaux usées ................................................................................. 4

I.4. Indicateurs de la pollution des eaux ..................................................................... 5

I.5. Impacts de la pollution des eaux .......................................................................... 9

II. TRAITEMENT DES EAUX USÉES ........................................................................ 10

II.1. Traitement physico-chimique ............................................................................. 10

II.2. Adsorption .......................................................................................................... 11

II.3. Réutilisation des eaux usées ............................................................................... 12

III. GÉNÉRALITÉS SUR LE CHARBON ACTIF ......................................................... 13

III.1. Définition .................................................................................................... 13

III.2. Applications ................................................................................................ 13

III.3. Préparation du charbon actif ....................................................................... 14

III.4. Préparation du charbon actif à partir de la biomasse végétale .................... 15

III.5. Principe d’élimination des adsorbants par le charbon actif ........................ 16

III.6. Caractéristiques du charbon actif ................................................................ 17

III.7. Influence sur les caractéristiques du charbon actif ..................................... 18

III.8. Réactivation et régénération ....................................................................... 19

DEUXIEME PARTIE : MATERIELS ET METHODES

I. MATÉRIELS ............................................................................................................. 20

I.1. Matériel biologiques d’étude .............................................................................. 20

I.2. Matériels utilisés pour la fabrication du charbon actif et l’essai du traitement .. 21

II. MÉTHODES .............................................................................................................. 22

II.1. Préparation du charbon actif .............................................................................. 22

II.2. Analyse des eaux ................................................................................................ 26

II.3. Essai de traitement ............................................................................................. 31

TROISIEME PARTIE : RESULTATS

I. RENDEMENT SUR LA FABRICATION DU CHARBON ACTIF ........................ 32

I.1. Caractéristique de la coque d’arachide ............................................................... 32

I.2. Caractéristique du charbon actif fini .................................................................. 33

II. QUALITES PHYSICO-CHIMIQUES DE L’EAU ................................................... 35

II.1.Caractéristiques des eaux avant traitement ......................................................... 35

II.2. Résultats d’analyse des eaux après traitement ........................................................... 36

II.2.1. Essai de traitement par CA 1 ...................................................................... 37

II.2.2. Essai de traitement par CA2 ....................................................................... 38

III. QUALITES MICROBIOLOGIQUES DE L’EAU .................................................... 40

DISCUSSION ...................................................................................................................... 43

CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES ...................................................... 48

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ......................................................................... 50

REFERENCES SITOGRAPHIQUES .............................................................................. 56

ANNEXES .............................................................................................................................. xiv

Glossaire

i

GLOSSAIRE

Adsorption : c’est un phénomène surfacique dans lequel les atomes, les ions et les molécules

présentes dans un liquide ou gaz se fixent sur les surfaces solides des adsorbants.

Biomasse lignocellulogique : la biomasse lignocellulogique représente une biomasse d’origine

végétale constituée essentiellement de cellulose, hémicellulose et lignine.

Biomasse : c’est la totalité de masse des organismes vivants dans l’environnement. Ces

organismes vivants sont issus des matières organiques d’origines animales ou végétales qui

peuvent transformer ou produire des ressources renouvelables.

Charbon actif : c’est l’ensemble des matériaux poreux ayant la capacité de retenir certains

ions, atomes ou molécules sur leur surface. Il est obtenu à partir de la carbonisation des matières

minérales ou végétales.

Eaux usées : ce sont des eaux issues des activités humaines que ce soit domestique, industrielle

et agricole en modifiant la qualité naturelle des eaux.

Effluents : c’est l’ensemble des eaux usées urbaines constituées par les eaux usées

domestiques, eaux issues de station d’épuration et des rejets industriels.

Imprégnation : c’est l’action de la mise en pénétration des acides vers la surface du solide.

Microorganismes : ce sont des organismes microscopiques vivants et invisibles à l’œil nus,

présents naturellement dans l’eau mais aussi susceptibles d’être engendrés par des activités

anthropiques.

Pyrolyse : c’est la décomposition organique à forte température qui permet d’obtenir d’autres

matières.

Réutilisation des eaux : c’est la récupération des eaux usées qui a pour but de les utiliser à

nouveau après plusieurs traitements.

Liste des abréviations

ii

LISTE DES ABREVIATIONS

ASR : Anaérobie Sulfito Réducteur

CNRE : Centre National de Recherches sur l’Environnement

DBO5 : Demande Biologique en Oxygène

DCO : Demande Chimique en Oxygène

DMS : degrés, minutes, secondes

FOFIFA: Foibem-pirenena momba ny Fikarohana ampiharina amin’ny Fampandrosoana ny

eny Ambanivohitra

IHS: Information Handling Services

JIRAMA: Jiro sy Rano Malagasy

MES : Matière en suspension

NTU: Nephelometric Turbidity Unity

ODD : Objectif du développement durable

OMS : Organisation Mondiale de la Santé

ONU : Organisation des Nations Unies

pH : Potentiel hydrogène

PHRD : Professional Human Ressource Development

SDF : Sans Domicile Fixe

UNEP : United Nations Environment Programme

Liste des tableaux

iii

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Origines de phosphore ............................................................................................. 7

Tableau 2 : Différence entre le phénomène physisorption et chimisorption ........................... 12

Tableau 3 : Taux d’application du charbon actif mondial ...................................................... 14

Tableau 4 : Dimensionnement des pores du charbon actif ...................................................... 18

Tableau 5: Différence entre les deux expériences pendant l’imprégnation ............................ 25

Tableau 6 : Différence entre les deux expériences pendant la pyrolyse .................................. 26

Tableau 7 : Résultats des deux charbons actifs finis ................................................................ 33

Tableau 8 : Résultats des paramètres physico-chimiques avant traitement ............................. 35

Tableau 9 : Résultats des paramètres physico-chimiques après traitement par le CA1 ........... 37

Tableau 10 : Résultats des paramètres physico-chimiques après traitement par le CA2 ........ 38

Tableau 11 : Résultats des dénombrements des bactéries avant traitement ........................... 40

Tableau 12 : Résultats des dénombrements de l’ASR avant et après l’essai de traitement par

CA2 .......................................................................................................................................... 42

Liste des figures

iv

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Phase de fixation des polluants sur l’adsorbant . ..................................................... 16

Figure 2: Situation géographique du lac Anosy ...................................................................... 20

Figure 3 : Coques d’arachides broyées ................................................................................... 24

Figure 4 : Caractéristiques des coques d’arachides .................................................................. 32

Figure 5 : Aspect du charbon actif finis CA1 et CA2 ............................................................. 34

Figure 6 : Aspect de l’eau après traitement par CA1 .............................................................. 38

Figure 7 : Aspect de l’eau avant et après traitement par CA2 ................................................. 39

Figure 8 : Résultats de dénombrement des Coliformes fécaux avant et après traitement ........ 40

Figure 9: Résultats de dénombrement des streptocoques avant et après traitement ................ 41

Figure 10 : Résultats de dénombrement des Escherichia coli avant et après traitement .......... 41

Introduction

INTRODUCTION

Introduction

1

INTRODUCTION

L’eau est le cœur du développement durable. Elle est une ressource très rare dont la présence

doit être conservée afin d’assurer la vie des êtres vivants à l’avenir. Elle garantit le bien-être

social des populations humaines et son utilisation ne peut pas limité. Et sa préservation est

plutôt primordiale dans chaque pays du monde. Selon l’article du Programme des Nations Unies

pour l’Environnement ; 1,2 milliard de personnes souffrent la pénurie d’eau et atteindra 3

milliards d’ici 2025 si la situation s’aggrave (Guterres, 2016).

Aussi, d’après le rapport mondial des Nations Unies sur la mise en valeur des ressources en

eau, 56% des eaux (2 212 km2 par an) sont libérées dans l’environnement en tant qu’effluents

municipaux et industriels ainsi qu’en tant qu’eaux de drainage agricole. Par la suite, 80% de

ces eaux ne font pas l’objet de traitement avant leur rejet (Riccardo, 2017). Pourtant, la pollution

causée par le rejet contribue aux dégradations qualitatives et quantitatives des eaux de surfaces

et des eaux souterraines. Et la conséquence sur la disponibilité de l’eau par rapport à

l’augmentation de la population aussi ne cesse de s’aggraver quant à elle n’est pas bien gérée.

La considération des eaux usées et leur mise en valeur constituent alors la solution idéale pour

éviter l’insuffisance d’eau.

Des avantages ont été trouvés sur le plan environnemental, économique et surtout social pour

la bonne gestion des eaux usées. C’est pour cet avantage que l’ODD a pour défi d’augmenter

le taux d’assainissement des eaux usées d’ici 2030. Cet assainissement est très active pour les

pays développés et atteignent 70% pour le traitement des eaux usées. En revanche, les pays à

faible revenu n’ont jusqu’ici mis en place que 8% des assainissements (Chauvot, 2017). À

l’instar de Madagascar, l’assainissement des eaux usées est une technique encore mal connue

tandis que l’adduction en eau potable est déjà très développée. Autant dire que le traitement

des eaux usées n’est pas prioritaire pour notre pays en raison des conditions économiques.

Toutefois, la croissance démographique considérable sur la seule ville d’Antananarivo est

parmi les facteurs de la problématique de l’eau. Cette forte hausse implique d'énormes quantités

des eaux domestiques et industrielles tout en entraînant l’augmentation du rejet.

Par ailleurs, l’agriculture est la principale source de revenu de la population rurale qui constitue

80% de la population malagasy (MESupReS, 2018). Pour prendre exemple sur la filière

d’arachide, la culture de cette matière première est omniprésente dans tout Madagascar, comme

sa production dans la région Menabe est estimée plus de 15 000 tonnes par an (Anastase,

2016) et les producteurs dans l’Ouest, le Sud-Est et le Nord-Est de la Grande-Ile produisent 10

Introduction

2

à 40% des arachides (FAO, 2011). Il faut savoir que ces végétaux entraînent des résidus après

leur utilisation, mais le taux de ces déchets n’est pas encore connu dans notre pays. Au Sénégal,

la culture d’arachide exploitée sur les terrains agricoles génère 175.000 tonnes de coques par

an, des résidus qui pourraient, après transformation, donner jusqu’à environ 175 000 tonnes de

bio-carburant (Petithan, 2011). Malheureusement, la valorisation et l’exploitation des déchets

agricoles de cette culture sont moins connues auprès de la population malagasy, qui a tendance

à les disperser encore dans la nature. Néanmoins, pour le moment, aucune étude scientifique ne

s’est concentrée sur la menace de ces déchets sur la santé humaine ni sur l’environnement.

Dans ce présent travail, le traitement des eaux usées par le charbon actif est la technique à

utiliser. C’est un procédé les plus utilisés et en Etats Unis, le traitement de l’eau entant que

potable ayant un taux le plus élevé qui était de 24%, des effluents industriels en 21% et des

eaux souterraines en 4% (Tadjla, 2011). Des nombreux travaux pour la fabrication des charbons

actifs ont été réalisés, qui est issus des déchets agricoles tels que les coques d’arachides, bois et

coque de jatropha (Gueye, 2015), noix de coco (Voahanginirina, 2016), et balle de riz

(Rakotondramiary, 2015). Les coques d’arachides sont des biomasses existant à Madagascar,

et qui sont des résidus agricoles permettant de produire un charbon actif avec un simple procédé.

La réduction de la teneur des polluants dans les rejets d’eau et la valorisation des déchets

agricoles en préservant l’environnement et la santé humaine sont des objectifs de l’étude. Ce

travail a été conçu pour optimiser les techniques de fabrication du charbon actif à partir d’une

biomasse végétale, en considérant la température et la vitesse de chauffe. Puis, l’étude de leur

faisabilité entant que traitement physico-chimiques et bactériologiques des eaux usées urbaines

sera les paramètres à considérer. Les études ont été réalisés aux laboratoires FOFIFA

Ampandrinomby et JIRAMA Mandroseza.

De ce fait, ce travail est reparti en trois grandes parties, à savoir la synthèse bibliographique qui

sera consacrée à la généralité des eaux usées et charbon actif, les matériels et méthodes suivis

de l’explication de tous les procédures expérimentales, et enfin les résultats suivis de discussion,

conclusion et perspectives.

Synthèse bibliographique

SYNTHESE

BIBLIOGRAPHIQUE


3

I. GÉNÉRALITÉ SUR LES EAUX USÉES

I.1. Définition

Les eaux usées se définissent comme toute modification inévitable des caractéristiques

physiques, chimiques et biologiques des eaux à l’état naturel (Rejsek, 2002). Elles proviennent

généralement de l’activité anthropique de façon directe ou indirecte. C’est-à-dire, qu'après

l’usage qu’en font les hommes, les eaux subissent une détérioration. Ces modifications peuvent

être caractérisées par la température, la pression et les transports des eaux usées (égouts, canaux,

ruissèlement). Ces eaux contiennent alors diverses pollutions solubles ou non (Inès, 2012).

I.2. Origines

Les eaux résiduaires urbaines sont constituées en deux catégories. Ce sont les eaux usées

d’origine domestiques, industrielles et agricoles qui sont plus vastes et entrainent chacune de

mauvaises conséquences sur la qualité des eaux, ainsi que les eaux pluviales (Baumont et al.,

2004).

1.2.1. Eaux usées domestiques

Ce sont des eaux provenant des différents usages domestiques. Elles dérivent généralement de

l’usage ménager tel que l’eau de cuisines, de lavages, de toilettes, de douches et de nettoyages.

Ces rejets contiennent des matières organiques tels les protides, glucides et lipides ; des

détergents venant de lavage des aliments et des eaux de blanchisseries. Ainsi que des matières

azotées, produits phosphorés et microorganismes provenant régulièrement des vannes, des

toilettes et des salles de bain. Ces produits ménagers sont les sources des germes pathogènes

dans les eaux usées (Merotto, 2017).

1.2.2. Eaux usées industrielles

Elles proviennent des effluents industriels qui ne font pas de traitement avant leurs rejets. Le

type de polluant que contient les industries définissent les caractéristiques des eaux. Les eaux

issues des industries productrices d’engrais, des carrières et les électrolyses contiennent des

matières minérales. Les matières organiques proviennent des industries agroalimentaires et les

papeteries. Des polluants toxiques sont rejetés par des industries nucléaires et par des déchets

radioactifs. Ainsi, les raffineries de pétrole et les produits pharmaceutiques donnent des

polluants hydrocarbonés. Les rejets industriels peuvent contenir aussi des matières azotés et


4

phosphorés, et ont des caractéristiques plus spécifiques, c’est pour ça qu’elles sont difficiles à

traiter (SEn, 2017).

1.2.3. Eaux usées agricoles (Lyes, 2014)

Les eaux usées agricoles proviennent des pollutions issues de l’agriculture quant à elles utilisent

des fertilisants, des engrais minéraux commerciaux, des engrais biologiques et chimiques ainsi

que les phytosanitaires, y compris les insecticides, les herbicides et les fongicides. Ces produits,

par le phénomène de ruissèlement et infiltration polluent les cours d’eaux ou ruisseaux, les

fleuves ainsi que les eaux de sources. Les composés dérivés de l’azote comme l’ammonium, le

nitrate, le nitrite et le phosphore constituent la principale pollution des eaux entraînant un

impact sur le cycle de vie de l’eau dès le cours d’eau jusqu’à l’océan, sur la vie des faunes et

des flores et surtout sur l’environnement (dégradation du sol, perte de cycle de l’eau et sur

réchauffement climatique).

1.2.4. Eaux pluviales

Ces eaux sont constituées par les précipitations atmosphériques quel que soit collectées par les

toits, les précipitations directes qui sont pollués par l’atmosphère au contact de l’air (fumée

industrielles). Ou par les eaux de ruissèlement qui sont des eaux écoulées vers la surface

terrestre imperméable en portant toutes les impuretés des chaussées de villes (routes, parkings,

trottoirs). Ce dernier contient alors des ordures, traces de carburant, métaux, huiles et déchets

liquides ou solides (Jallé, 2013).

I.3. Composition des eaux usées

Les eaux usées renferment des polluants variables selon leurs origines. Ces compositions se

présentent sous forme des solides dissouts ou non, qui peuvent nuire les caractéristiques

physiques, chimiques et même microbiologiques. Ils peuvent classer en quatre catégories selon

le type des polluants.

1.3.1. Pollution organique

Ces composés constituent la majorité des pollutions dans les eaux usées urbaines. Elles sont

issues généralement dans les eaux usées domestiques, des agroalimentaires et des rejets

industriels. Les phénols, les hydrocarbures, les colorants, les détergents et les pesticides sont

classés parmi des pollutions organiques. Elles sont très dangereux et peuvent porter des


5

maladies comme le cancer et aussi entrainent la diminution des oxygènes dans l’eau, donc des

effets néfastes sur la survie de la faune (Raoul, 2007).

1.3.2. Pollution minérale

Les pollutions minérales sont constituées des métaux lourds qui proviennent dans les industries

métalliques, des produits de l’hôpital tels les mercures. Et des sels à fortes concentrations

(Mayet, 1994).

1.3.3. Pollution microbienne

Des diverses agents pathogènes peuvent contaminer les eaux de surfaces et souterraines, à

savoir les bactéries, les helminthes, les protozoaires et les virus. La présence de ces germes est

un risque non négligeable pour la santé d’autant plus que les eaux utilisées pour l’irrigation ne

sont pas traitées (Loudet, 1987).

1.3.4. Pollution toxique

Les eaux usées peuvent rencontrer des pollutions toxiques qui sont très difficiles à détecter. Ces

pollutions parviennent par des rejets industriels, des eaux de ruissèlement, des eaux de pluies

par les polluants atmosphériques, des lixiviations provenant de sols pollués, des agricultures

par les pesticides et des sous-produits de désinfection. Mais ses concentrations sont faibles

pour les eaux usées domestiques (Ranawaka, 2001).

I.4. Indicateurs de la pollution des eaux

Les indicateurs de la pollution des eaux regroupent les paramètres physico-chimiques,

biologiques et bactériologiques.

1.4.1. Couleur et odeur

À l’état naturel, l’eau est incolore et inodore. Les eaux usées urbaines ont des colorations grises,

mais les rejets industriels peuvent donner d'autres couleurs selon leur type. Des divers gaz

peuvent donner des odeurs en raison de la décomposition et de la fermentation des matières

organiques (Wurtz, 1957).


6

1.4.2. Température

La température est un facteur écologique qui joue un rôle important sur l’accélération des

réactions chimiques et la réduction de la solubilité des gaz. Son augmentation a un risque sur la

vie aquatique par le procédé de la pollution thermique (Tahirim, 2010). Elle est donc considérée

comme un indicateur à part entière de la pollution des eaux. Son action se manifeste

généralement par le rejet industrielles comme les eaux de refroidissement et des centrales

électriques nucléaires (Dominique, 2012).

1.4.3. Potentiel hydrogène (pH)

Le pH indique l’acidité, l’alcalinité ou la basicité d’une eau. À l’état naturel, l’eau a un pH

neutre (pH=7), mais cette valeur peut être modifiée par les terrains que les eaux traversent.

Selon l’OMS, la valeur du pH inférieur à 5, et supérieur à 8,5 peut altérer la croissance des

microorganismes présents dans l’eau (Belghyti, 2009).

1.4.4. Turbidité

La présence des matières en suspension et des matières colloïdales donne l’aspect trouble de

l’eau. Ces matières proviennent en général des rejets industriels. La turbidité est fonction des

matières en suspensions (Hannouche et al., 2011).

1.4.5. Conductivité

La conductivité de l’eau est la mesure de la capacité à conduire le courant électrique. Il permet

d'estimer l’évolution de la minéralisation de l’eau. Il est donc un indicateur de la présence des

sels dissouts comme les chlorures, les sulfates, les calciums, les sodiums et les magnésiums. La

conductivité a une relation avec les minéralisations (Hakmi, 2011). Si elle est comprise entre :

0 et 100 µS.cm-1, la minéralisation est faible

200 et 666 µS.cm-1, la minéralisation est moyenne

666 et 1000 µS.cm-1, la minéralisation est importante

et 1000 µS.cm-1 et plus, une forte minéralisation.

1.4.6. Matières en suspensions

Ce sont des matières insolubles dans l’eau comme les sables, roches, argile et débris des

végétaux. Ses caractéristiques sont alors en fonction de la nature des terrains traversés, de la


7

saison, de la pluviométrie et de la nature du rejet. Les matières en suspension sont un indicateur

de la pollution, car elles sont le responsable de la turbidité et de la couleur de l’eau (Amsa,

2007).

1.4.7. Chlorures

Généralement, les chlorures sont présents dans les eaux de mer, mais leur présence dans les

eaux sont liées à la nature des terrains traversés et des lessivages superficiels pendant la période

de pluies. Pour les eaux usées urbaines, les chlorures proviennent des industries

agroalimentaires (saumures), des liquides physiologiques, des engrais utilisés par les

agriculteurs et des déneigements de route (Degrelle, 2011). La présence des hautes

concentrations de chlorure dans l’eau donne le gout salé pour les eaux destinées à la

consommation humaine. La salinité des eaux porte des inconvénients pour la réutilisation des

eaux usées spécialement en agriculture.

1.4.8. Phosphores

Les phosphores se présentent sous forme de phosphore organique, phosphates et poly-

phosphates dans l’eau. Dans les eaux usées, ils se présentent sous forme d’ions phosphates

condensés (PO43-) avec des molécules organiques. Ses existences favorisent le développement

des algues et des planctons aquatiques (UNIFA, 2018). Ses origines sont domestiques,

industrielles, agricultures et élevages. Ceux qui sont présentés dans le tableau 1.

TABLEAU 1 : ORIGINES DE PHOSPHORE ((UNIFA, 2018)

Origines Taux d’apport en % Spécifications Sources

Domestiques 49 Produits de nettoyages Savon, détergents

Industrielles 29 Produit chimique Savonnerie, tannerie,

agroalimentaire, pharmacie

Agricultures 26,5 Cultures Engrais

Élevages 17,5 Déjection Urine et défèque

1.4.9. Matières azotées

Les matières azotées les plus fréquentés dans les eaux usées peuvent être organiques ou

minérales. En général, ils se présentent sous forme ammoniacale et d’autres dérivés qui sont à

faible quantité. Notons que 66% des matières azotées sont parvient des agricultures et 12% à


8

celle de l'industrie (OBV, 2007). Les quatre formes des matières azotées dans les eaux usées

sont :

l’azote organique qui se transforme en azote ammoniacal.

l’azote ammoniacal (NH4) à travers des processus ammonification de la matière

organique azotés subit une nitratation par action des bactéries nitrifiantes.

l’azote nitreux (NO2-) qui provient par une réduction des nitrates par dénitrification, et

se transforme rapidement en nitrate.

l’azote nitrique (NO3-) provient par nitrification de l’azote ammoniacal, favorise le

développement des algues et conduit au phénomène d’eutrophisation à haute

concentration.

1.4.10. Sulfures

Les sulfures se trouvent dans les eaux usées sous forme de sulfure d’hydrogène qui se

transforme rapidement en ion sulfate en contact avec l’eau oxygénée. Les rejets de papèteries

ou tanneries utilisent beaucoup des sulfures d’hydrogènes.

1.4.11. Demande Biochimique en Oxygène (DBO5)

Le DBO5 est la quantité d’oxygène nécessaire aux microorganismes pour oxyder les matières

organiques biodégradables dans l’eau. Lors de l’oxydation de ces matières, les

microorganismes consomment le dioxygène. Son processus est présenté dans l’équation 1

suivante :

CX HY OZ + O2→ CO2 + H2O EQUATION 1

En milieu pauvre des nutriments, on trouve la baisse de DBO5.

1.4.12. Demande Chimique en Oxygène (DCO)

La DCO est la quantité d’oxygène nécessaire pour oxyder les matières organiques

biodégradables ou non dans les eaux résiduaires. Pour les eaux usées urbaines, sa valeur est

normalement doublée de DBO5. Le rapport entre le DBO5 et la DCO permet de connaitre

l’efficacité du traitement par voie biologique des eaux (Radoux, 1995).

Si la DCO/DBO5 < 1,66 ; les eaux résiduaires sont susceptibles d'être traitées par voie

biologique et se fait facilement.

Si le 1,66 < DCO/DBO5 < 2,5 ; les eaux résiduaires peuvent subir aussi un traitement

biologique.


9

Si le 2,5 < DCO/DBO5 < 5 ; les eaux résiduaires sont non susceptibles de subir un

traitement biologique.

1.4.13. Métaux lourds

L’existence des métaux lourds comme le mercure, le cadmium, le plomb, l’argent, le cuivre, le

zinc, le nickel et le chrome peuvent d’origine naturelle, mais le plus souvent, les rejets

industrielles, pharmaceutiques et hôpitaux sont les sources. Ces métaux lourds portent des

impacts graves sur les organes de la santé humaine, de l’environnement et surtout sur la chaine

alimentaire (Measho, 2011).

1.4.14. Agents pathogènes

Les agents pathogènes sont habituellement présents dans les eaux usées. Elles sont

principalement des témoins de contaminations fécales. Ce sont les virus qui sont des organismes

à petite taille. Sa concentration dans les eaux usées urbaines est estimée entre 103 et 104

particules par litre ; les bactéries qui sont principalement des témoins de contaminations fécales.

Ils proviennent des bactéries de cycles d’azote, de soufre, de cycle de carbone et du fer. Leurs

tailles comprises entre 0,1 et 10 µm. Les plus fréquemment rencontrés dans les eaux usées

urbaines sont les Coliformes totaux et fécaux, ainsi que les streptocoques fécaux avec un taux

compris entre 106 et 107 colonies pour 100 ml d’eau (Asano, 1998).

I.5. Impacts de la pollution des eaux

1.5.1. Impact environnementale et économique

En matière d’écologie, la pollution amenée par les eaux usées dont les microorganismes,

peuvent entraîner des problèmes sur les milieux récepteurs y compris le sol, les rivières, les

eaux souterraines et les océans. Elle est donc la source de la dégradation des pertes de cycle de

l’eau, du réchauffement climatique, de l’eutrophisation, de la perte de vie des écosystèmes

aquatiques et de la chaine alimentaire des êtres vivants. Ceux-ci peuvent entrainer la perte

économique d’un pays comme l’appauvrissement des animaux aquatiques, perte du site

touristique par la mauvaise qualité de l'eau et perte de l’esthétique originelle du lac (Feudjeu,

2012).


10

1.5.2. Impact sanitaire

Sur le plan sanitaire, les risques microbiologiques sont susceptibles d’entrainer des maladies

graves pour les êtres vivants surtout pour les populations riveraines. Les impacts de la pollution

des eaux sont les troubles respiratoires, digestifs et nerveux. Les effets reprotoxiques dont la

population ne les connaisse pas comme la stérilité, malformation et trouble de la reproduction,

et aussi la source des maladies cancérogènes. Les contaminations se transmirent par voie

digestif (boire, manger et fumer), oculaire (projection dans les yeux), respiratoire comme

aspiration des aérosols créés au cours des manipulations ou de poussières, et aussi par voie

transcutanée par la lésion et piqûre (CUSST, 2009). Des helminthiases et des maladies

diarrhéiques chez les enfants et les adultes, qui sont transmise par l’utilisation des eaux usées

brutes employés pour les agricultures (OMS, 2012).

II. TRAITEMENT DES EAUX USÉES

Avant de réutiliser les eaux usées, celles-ci doivent subir un traitement afin qu’elles ne causent

pas une autre contamination vers une autre destination. Le traitement des eaux usées consiste à

éliminer ou à réduire les matières polluantes en utilisant les différents processus. Le choix de

ces processus varie toutefois selon les objectifs pour lesquels l’on veut réutiliser les eaux. Ainsi,

chaque pays élabore la loi sur la norme concernant l’eau destinée à la consommation humaine,

à l’agriculture et au rejet convenable à sa situation. Dans ce dernier cas, des différences entre

la norme du rejet international et la norme malagasy ont été trouvées (présentées dans l’annexe

1), lesquels peuvent s’expliquer par l’insuffisance ou l’inexistence des stations de traitement

destinées aux rejets domestiques.

II.1. Traitement physico-chimique

Au niveau mondial, la grande majorité des eaux usées est rejetée directement dans la nature

sans traitement (Riccardo, 2017). Seulement, certains pays développés ont mis en place des

investissements spéciaux pour l’assainissement et implanté des stations de traitement qui ont

adopté de nombreux techniques d’épuration d’eaux usées (Chauvot, 2017). Le type du

traitement physico-chimique est un procédé très classique utilisé par la plupart des pays en voie

de développement pour l’eau destinée à la consommation humaine. Cette méthode

distingue quatre étapes (Rozen, 2013).


11

Prétraitement

Les prétraitements consistent à débarrasser les polluants solides grossiers (déchets, sable et

graisse) par l’utilisation de dégrillage, dessablage et dégraissage.

Traitement primaire

Le traitement primaire élimine les matières minérales et organiques en suspension en utilisant

la méthode de décantation et coagulation-floculation.

Traitement secondaire

Cette partie vise à éliminer les agents polluants biodégradables ainsi que les microorganismes

pathogènes. Dans ce traitement, l’épuration par voie biologique (anaérobie et aérobie) constitue

un premier niveau et plus efficace pour la dégradation des matières organiques.

Traitement tertiaire

Le traitement tertiaire est le complément des deux traitements auparavant (primaire et

secondaire). Il regroupe le traitement par voie physique, chimique et biologique. Cette étape

finale du traitement élimine les substances indésirables selon l’objectif à envisager. Il comprend

la désinfection par chlore, déphosphoration, dénitrification et désodorisation par charbon actif.

II.2. Adsorption

Le non « adsorption » est connu sur la propriété de fixer certaines molécules sur les surfaces

solides. C’est un phénomène de séparation solide-liquide basée sur les interactions

thermodynamique et / ou cinétique pour les adsorbant et chimique pour les adsorbats.

L’approchement des molécules vers la surface est fondé sur les interactions des forces

électrostatiques, les échanges ioniques, la formation des liaisons hydrogènes et la force de Van

Der Waals. Ce phénomène s’explique par deux manières dont physisorption et chimisorption

(Omlin, 2010).

Physisorption

C’est l’interaction des forces intermoléculaires entres les molécules d’adsorbant et d’adsorbat

dont le phénomène physiques est réversible. L’élimination des particules est assurée par la mise

en jeu de la force de type Van der Waals entre les atomes et les molécules. Ce processus est

activé à faible température avec des énergies de l’ordre de 10 Kcal.mol -1. Son temps de


12

rétention de la substance adsorbé est court, mais ça dépend de la taille de la surface de

l’adsorbant.

Chimisorption

La formation d’une liaison covalente entre l’adsorbant et l’adsorbat détermine le processus de

la chimisorption. Ce phénomène se fait chimiquement et irréversible à forte température et à

énergie comprise entre 2 et 100 Kcal.mol-1. Dans ce cas, le temps de rétention est très long et

la première couche liée à la surface d’adsorbant retient chimiquement. Tandis que les autres

couches sont retenues physiquement.

Ci-après le tableau montrant la différence entre ces deux phénomènes.

TABLEAU 2 : DIFFERENCE ENTRE LE PHENOMENE PHYSISORPTION ET CHIMISORPTION

(OMLIN, 2010)

Phénomène physique Chimique

Liaisons Van Der Waals Ion covalence

Énergies Faible Forte

Réversibilités Réversible Irréversible

Couches Poly-moléculaire Mono-moléculaire

Chaleur 50°C 100 à 800°C

Dans le sens strict, tous les solides peuvent être utilisés comme adsorbants, mais les adsorbants

ayant de bonnes surfaces spécifiques et des structures poreuses à haute capacité sont les plus

convaincues et peuvent avoir des bons rendements. Certains paramètres doit être considérer

avant de choisir les adsorbants qui sont :

‒ la haute capacité d’adsorption qui dépend de la surface spécifique et pore

‒ le taux d’efficacité estimé par rapport aux éléments adsorbés.

‒ facilement régénérable pour réutiliser à nouveau

‒ coût faible.

II.3. Réutilisation des eaux usées

Les pays développés ont procédé des techniques modernes pour le traitement des eaux usées

afin de conserver l'environnement sain et pris en compte leurs valorisations. Le taux de


13

traitement des eaux usées urbaines sur la ville européenne est estimé à 91% en 2009-2010

(Laperche, 2013). Ce taux de traitement signifie l’importance de l’assainissement des eaux

usées pour en servir une seconde fois, dans le but de garder la pérennité de la ressource en eau

qui est aujourd’hui surexploitée. Aussi, l’objectif du traitement des résidus des eaux conduit à

la protection de la santé humaine face aux pollutions. À nos jours, les réemploies des eaux usées

sont très vastes comme à Mascate (Oman), le taux de réutilisation des eaux usées sont 70%, en

Israël 60% et en Espagne 10%. (Chauvot, 2017). Voici quelques réutilisations des eaux usées :

‒ arrosages des agricultures

‒ eaux de jet des toilettes et lessivages

‒ activité récréative (jet d’eau, pique-nique)

‒ récupération d’énergie et des nutriments comme azote et phosphore (UNESCO, 2016).

III. GÉNÉRALITÉS SUR LE CHARBON ACTIF

Dans cette étude, le charbon actif est le choix d’adsorbant le plus intéressant, car il contient des

surfaces spécifiques très actives, présent des matières premières disponibles dans notre pays et

ayant des couts faibles par rapport aux autres adsorbants.

III.1. Définition

Le charbon actif est une matière carbonée ayant une structure poreuse et une grande surface

spécifique qui jouent le rôle de fixation et de rétention de certaines molécules par son contact.

Il est obtenu à partir de charbon d’origine animale et végétale après une condition thermique

et/ou chimique. Son activation a pour but d’éliminer les substances qui obstruent les pores du

charbon, ainsi que de créer un nouveau pore (Zarrouki, 1990).

III.2. Applications

Le charbon actif est auparavant utilisé seulement pour médicinal. Par évolution, ces utilisations

sont très vastes. Pour ceux, sa production mondiale atteint 420 000 par an et son utilisation pour

le traitement de l’eau ayant un taux le plus élevé dans le monde selon l’IHS Markit en 2016

(Vignes, 2017). Le charbon actif a des capacités d’éliminer des quantités des polluants

organiques dans les eaux usées. Il adsorbe des matières organiques dissoutes ou non dans l’eau

(ETE, 2014), des molécules hydrophobes, des métaux lourds (Drissa, 2007), ainsi que quelques

cations et anions comme phosphates, matières azotées et chlorure (Ouakouak, 2014). Ce dernier

est très universel car les stations de traitement des eaux potables et les piscines les emploient.


14

Les charbons actifs sont souvent employés pour l’étape finale (tertiaire) des traitements des

eaux résiduaires et des effluents industriels. Dans ce dernier cas, ils fixent les composés

organiques dissous et permettent d’éliminer une grande quantité des oxygènes dissouts DCO

en réduisant les oxydants (Hannouche, 2011). Le tableau 3 récapitule le taux de son application

au niveau mondiale.

TABLEAU 3 : TAUX D’APPLICATION DU CHARBON ACTIF MONDIAL (VIGNES, 2017)

Applications du charbon actif Pourcentage %

Traitement de l’eau 41

Purification de l’air 30

agroalimentaire 14

Pharmacie, médicine 8

III.3. Préparation du charbon actif

Le procédé de fabrication du charbon actif comporte deux étapes dont la carbonisation et

l’activation.

III.3.1. Étape de carbonisation

La carbonisation est l’étape de la dégradation des trois polymères pour les végétaux, dont les

celluloses, hémicellulose et lignine. Cette étape est une étape thermique à forte température

(400 à 1000°C) à une atmosphère inerte. Son but est de créer la première porosité d’une matière

première, c’est-à-dire éliminer les éléments autres que le carbone (Mexent, 2012). Durant cette

étape, des réactions chimiques ont observé au niveau de la matière première utilisée :

élimination des hétéroatomes (oxygène et hydrogène)

création de la porosité

développement des microstructures.

III.3.2. Étape d’activation

L’activation du charbon actif joue un grand rôle sur son adsorbance. Dans cette étape, il y a

l’augmentation de pouvoir adsorbance et suppression des matières qui obstruent les pores. Il

existe deux modes d’activation indépendamment.


15

Activation physique.

Ici, les matières carbonisées maintiennent à une forte température entre 800 et 1000°C en

présence des gaz (air), des vapeurs d’eau et de CO2. Son but est de développer physiquement

les pores existants du charbon. La réaction de gazéification se passe pendant cette étape. La

réaction entre le carbone et la vapeur d’eau est présenté dans les équations 2 et 3, quand les

vapeurs d’eau et de CO2 sont l’agent activant à utiliser (Meljac, 2005).

Au début, la réaction entre le carbone et la vapeur d’eau est endothermique (équation 2). Suivie

d’une réaction de carbone avec le dioxyde de carbone (équation 3).

C + H2O → CO + H2 EQUATION 2

C + CO2 → 2CO EQUATION 3

Autour de la température 800°C, les agents activant éliminent les atomes de carbone sous forme

de CO et l’eau sous forme gazeuse et donne l’équilibre dans l’équation 4 :

CO + H2O ⇄ CO2 + H2 EQUATION 4

Le déroulement de ces réactions dépend de la caractéristique des matières premières (taux de

cendre et matière volatile), du conditionnement de pyrolyse, de la température et du temps

d’activation.

Activation chimique

L’activation chimique est un procédé qui vise à augmenter le pouvoir adsorbant des matériaux

en utilisant des produits chimiques comme H2SO4, HCL, H3PO4, chlorure de zinc. Le

précurseur est ensuite pyrolysé dans une température entre 400 et 800°C sous une atmosphère

inerte. Notons que le charbon actif commercial est activé par le CO2, O2 et vapeur d’eau ou

autre gaz sous atmosphère. Il est amené à la température comprise entre 800 et 1100°C pour

l’activation physique, et H2SO4, H3PO4, HCL et NaOH sont des produits oxydants pour

l’activation chimique et calcinée à la température entre 300 et 800°C (Zarrouki, 1990).

III.4. Préparation du charbon actif à partir de la biomasse végétale

Les biomasses végétales sont composées des celluloses, hémicelluloses et lignines. Ces

éléments sont capables de porter à haute température. Toutes les biomasses qui supportent à


16

une quantité de chaleur suffisante sous une atmosphère inerte ou gazeuse peuvent subir

plusieurs réactions thermiques. L’étape initiale de la réaction thermique pendant la pyrolyse est

la combustion des solides. C’est la réduction des matières solides en cendre. À température bien

définie, les éléments de la biomasse végétale subissent des compositions thermiques

respectivement comme suit : à 150°C, il y a la désorption des eaux, perte de la structure des

eaux dans la cellulose entre 150 et 300°C, la rupture des chaînes et des liaisons C-O et C-C

entre 240 et 400°C et la formation des couches de type graphitique à partir de 400°C. En

résumant ces réactions, les hémicelluloses favorisent la première destruction à température 200

à 260°C, ensuite les celluloses entre 240 et 350°C et finalement la lignine entre 280 et 500°C

(Ibanez, 2002).

III.5. Principe d’élimination des adsorbants par le charbon actif

Le charbon actif est considéré comme un filtre en jouant le rôle d’adsorbant. Par son contact

avec l’eau, le transfert des polluants vers une phase solide se décompose en quatre phases qui

sont présentés dans la figure 1.

FIGURE 1 : PHASE DE FIXATION DES POLLUANTS SUR L’ADSORBANT (MEKHALIF, 2009).

‒ Phase 1 : transfert des polluants de la phase liquide vers la surface de l’adsorbant. Ce

phénomène est très rapide (1).

‒ Phase 2 : déplacement de l'eau vers la surface externe du charbon actif (2).

‒ Phase 3 : diffusion de l'eau à l'intérieur du charbon qui est un phénomène très lent (3).

‒ Phase 4 : adsorption ou fixation des particules dans le site actif (4).


17

III.6. Caractéristiques du charbon actif

La capacité d’adsorbance du charbon actif dépend des paramètres suivants : formes (poudres,

granulés, extrudés), surfaces spécifiques et diamètres de pores.

III.6.1. Forme

La forme du charbon actif obtenue joue un grand rôle sur son utilisation et son pouvoir

adsorbant. Il se présente sous trois formes : poudre, graine et extrudé (Mexent, 2012).

Le charbon actif en poudre a une taille 0,04 à 0,14 mm de diamètre. Généralement, il est utilisé

comme traitement de flux gazeux et application sur la phase liquide. Le charbon actif en graine

a une structure irrégulière dont leur taille comprise entre 0,2 à 0,5 mm. Son emploi est dans la

phase gazeuse et liquide. Et le charbon actif en extrudé a des formes cylindriques de diamètre

0,8 à 5 mm. Il peut utiliser sur la phase gazeuse à cause de sa faible teneur en poussière

(Degremont, 2015).

III.6.2. Surfaces spécifiques

La surface spécifique est la surface totale par unité de masse du CA accessible par les molécules

et les atomes (Coulter, 1999). Elle dépend de l’activation et la nature de la matière première

utilisée. Plus la surface est grande, plus le charbon actif est efficace. Elle est généralement

comprise entre 100 et 2000 m2.g-1. Et elle est déterminée à partir de l’adsorption isotherme de

l’azote ou par le test de bleu de méthylène ou indice d’iode. Sa surface spécifique joue un grand

rôle sur l’utilisation des charbons actifs voire :

‒ l’élimination des bactéries et toxiques pour les charbons médicaux ainsi en tant que

agent oxydant, sa surface spécifique doit être compris entre 1200 et 1500 m2.g-1

‒ pour les décolorants, désodorisation, purification industrielle, protection contre les gaz

ou vapeurs toxiques, ainsi en tant qu’adsorbant, à sa surface120 m2.g-1, son rôle est réussi

(SAGEP, 2006).

III.6.3. Pores

Le dimensionnement de son pore sur sa surface spécifique détermine les matières à éliminer. Il

peut classer en trois catégories, dont les macropores, mésopores et micropores (Grévillot,

2001), leurs diamètres et volumes poreux sont présentés dans le tableau 4.


18

TABLEAU 4 : DIMENSIONNEMENT DES PORES DU CHARBON ACTIF (GREVILLOT,2001)

Taille des pores Diamètres (nm) Volumes poreux (cm3.g-1)

Macropores Supérieur à 50 0,2 - 0,5

Mesopores Comprise entre 2 et 50 0, 1 - 0,4

Micropores Inférieur à 2 0,2 - 0,6

Son volume poreux est déterminé à partir de l’adsorption de l’azote à 77K et un porosimètre

au mercure pour les macropores.

III.7. Influence sur les caractéristiques du charbon actif

III.7.1. Nature de la biomasse

La transformation thermochimie des biomasses en charbon actif dépend de la nature et des

propriétés du précurseur utilisé. Les analyses immédiates (cendre, humidité, composés solubles

et matières volatiles), les analyses élémentaires (hydrogène, oxygène, azote et carbone) et les

analyses de constituants (hémicellulose, cellulose et lignine) sont des paramètres à considérer.

L’obtention du bon rendement est celle qui a un pourcentage élevé du carbone et carbone fixe,

ainsi qu’un faible taux de matières minérales (Evariste, 2010).

III.7.2. Nature de l’agent d’activation

De nombreuses études ont montré que les charbons actifs ayant de bonnes structures poreuses

et de grandes surfaces spécifiques sont obtenus à partir de biomasses végétales imprégnées par

l’acide phosphorique (H3PO4). Cet agent activant permet d'avoir un charbon actif plus adsorbant

car il joue un rôle de catalyseur qui entraine les ruptures des liaisons des biopolymères (Blin,

2009 ). Ainsi, il permet le dégagement des matières volatiles à une température de 400 à 500°C

(Rakotondramiary, 2015).

III.7.3. Température de pyrolyse

La température est le responsable de la dégradation thermique complète d’un précurseur. Elle

favorise le développement de la porosité du charbon actif. Dans l’étape de pyrolyse, on peut

considérer la température initiale du chauffage, la vitesse de chauffe et le maintien de la

température final.


19

III.8. Réactivation et régénération

Après certains usages pour un traitement du gaz, de l’eau et de l’air ; le charbon actif est saturé

et il perd son efficacité. Donc, la réactivation mise en second fois sa capacité de rétention des

éléments à traiter. Des procédés biologiques, thermiques, chimiques, électroniques sont les

techniques de régénération. Pourtant les difficultés, les réactivations thermiques restent les plus

utilisées. Cette méthode admet la mise en place du charbon actif dans un four à haute

température entre 700 et 900°C en présence de vapeur d’eau. Toutes les molécules qui obstruent

les pores du charbon actif sont dévolatisées et il revient à sa structure initiale.

Matériels et méthodes

MATERIELS ET

METHODES


20

I. MATÉRIELS

I.1. Matériel biologiques d’étude

I.1.1. Type d’eau étudiée

Dans cette étude, l’eau usée qui fait l’objet du traitement est constituée des rejets domestiques

et industriels de la ville d’Antananarivo. Elles se situent au quatrième (IVème) arrondissement,

dont ces coordonnées géographiques sont 18°54'0" S et 47°31'0" E en DMS. Ces coordonnées

se réfèrent sur la statue de l’Anjely Mainty. Ci-après la figure 2 montrant la position du lac

Anosy.

FIGURE 2: SITUATION GEOGRAPHIQUE DU LAC ANOSY (SOURCE : GOOGLE MAPS)


21

Vue à sa disposition au centre-ville, les eaux usées étudiées contiennent des rejets domestiques

et bâtiments privés (des hôtels, soudures, coiffures), des eaux de ruissèlement contenant des

déchets organiques et des hydrocarbures par les routes, des poussières de vendeurs, de

passagers, de voitures, de joueurs de boules et de parkings dans la partie Ouest du lac.

Ce lac dispose une entrée principale des eaux et deux évacuations vers le canal Andriantany.

I.1.2. Coque d’arachide

Les matières riches en cellulose, lignine et carbone, et à faible taux de matière organique et

volatile suite à des conditions thermiques convenables et pyrolyses donnent un charbon actif.

On peut citer comme exemple le charbon de bois, coques, pins. Dans ce présent travail, nous

nous intéressons à la coque sèche d’origine végétale telle la coque d’arachide. Le choix de cette

matière est basé sur les raisons suivantes :

‒ sa disponibilité dans notre pays. Elles sont considérées comme déchets agricoles qui se

répartissent partout.

‒ aucune destination pour une autre utilisation et valorisation.

‒ sa présence des caractéristiques essentielles pour la production du charbon actif : les

taux de carbones, cendre et humidité.

‒ température d’activation très faible.

‒ inutilité d’activation physique.

I.2. Matériels utilisés pour la fabrication du charbon actif et l’essai du traitement

Tous les matériels utilisés lors de la conception du charbon actif et l’essai de traitement sont

présentés dans l’annexe 2.


22

II. MÉTHODES

II.1. Préparation du charbon actif

La fabrication du charbon actif repose sur les caractéristiques des matériaux utilisés et les modes

d’activation. Dans cette partie, nous allons présenter les méthodes d’analyse de la coque

d’arachide et les techniques de préparation du charbon actif.

II.1.2. Caractérisation de la matière première

Rappelons que la matière première utilisée est une biomasse lignocellulogique : coque

d’arachide. La caractérisation des constituants de la coque est indispensable avant de les

transformer en charbon actif. Les paramètres à analyser sont le taux de carbones, le taux de

cendre, le taux d’humidité et enfin le taux d’azote. Ce dernier a été analysé au laboratoire

physico-chimique du CNRE.

Taux de carbone

La présence du carbone dans une matière première est la base de la production du charbon actif.

Cette analyse se fait au laboratoire physico-chimique de semence et pédologie FOFIFA

Ampandrianomby.

Mode opératoire

Pour une prise d’échantillon, 0,1 g de la coque a été pesé et le met dans un erlenmeyer de 250

mL. Dix (10) mL de bichromate de potassium (K2Cr2O7) à 1N a été ajoutée dans l’échantillon

en tournant l’erlenmeyer pour disperser la plante dans la solution. Puis, 20 mL d’acide

sulfurique (H2SO4) concentrer a ajouté très rapidement en tournant l’erlenmeyer puis agitant

vigoureusement pendant 1 mn. Après un temps de pose 30 mn, 20 mL d’eau distillé et quelques

gouttes d’ortho-phénantroline (C12H8N2) ont été ajouté. Enfin, la solution des sulfates ferreux

(FeSO4) à 0,5N est la solution titrant jusqu’à l’obtention de la coloration verte intense ou rouge

violacé. Cette mesure nécessite un essai blanc de même volume et dosage que l’échantillon.

L’équation 5 suivant donne la teneur en carbone :

taux de carbone (%) = (Nox (

gL) . Vox

(L) − Nred (gL) . Vred (L)) x 0,39

masse du plante (g) x 100

ÉQUATION 5


23

ÉQUATION 6

Avec

Nox : concentration de bichromate de potassium (g.L-1)

Vox : volume de bichromate de potassium (L)

Nred : concentration de sulfate ferreux (g.L-1)

Vred : volume de sulfate ferreux (L)

0,39 : ration du carbone sur le sol

Taux de cendre

L'analyse du taux de cendre est obligatoire avant de produire le charbon actif pour déterminer

le rendement final. Il est en général compris entre 0,5 et 2%.

Mode opératoire

Dix (10) grammes de la coque d’arachide est calcinée à haute température (550°C) dans un four

à moufle pendant deux heures de temps. Après la calcination, la cendre doit être refroidie dans

un dessiccateur et pesé une seconde fois. Le taux de cendre de la coque est déterminé par

l’équation 6.

𝑡𝑎𝑢𝑥 𝑑𝑒 𝑐𝑒𝑛𝑑𝑟𝑒 (%) = 𝑀𝑖 (𝑔) − 𝑀𝑓(𝑔)

𝑀𝑖 (𝑔)𝑥 100

Avec

Mi : masse initial de la coque avant la calcination (g)

Mf : masse de la cendre obtenue (g)

Taux d’humidité

Le taux d’humidité détermine la teneur en eau de la coque d’arachide. Ce qui est très important

pour la préparation du charbon actif. A taux d’humidité élevé, le rendement du charbon actif

finis diminue.

Mode opératoire

La teneur en humidité de la coque se fait par voie sèche. Après un séchage au soleil pendant 24

heures, dix grammes de la coque d’arachide est séchée dans une étuve à 105°C pendant une

journée. Après le séchage, la coque doit être refroidie dans un dessiccateur et pesée une seconde

fois pour avoir une masse finale.


24

Le taux d’humidité est calculé à partir de l’équation 7 :

𝑡𝑎𝑢𝑥 𝑑′ℎ𝑢𝑚𝑖𝑑𝑖𝑡é(%) = 𝑀𝑖 (𝑔) − 𝑀𝑓(𝑔)

𝑀𝑖 (𝑔)∗ 100

Avec

Mi : masse initiale de la coque avant l’étuvage (g).

Mf : masse finale de la coque après le séchage (g).

II.1.2. Processus de fabrication d’un charbon actif

Tous les paramètres influençant la caractéristique du produit fini doivent être pris en compte

lors du processus de la fabrication du charbon actif. Ces paramètres sont :

les caractéristiques de la matière première utilisée.

les paramètres thermiques : température initiale du four, vitesse d’augmentation de la

température du four, durée du maintien de la température et la température finale de la

pyrolyse.

la nature et le temps de la mise en contact avec les produits d’activation chimique.

II.1.2.1. Étape préliminaire

C'est la préparation préliminaire des coques d’arachides. Après la collecte, les coques ont été

lavées par les eaux du robinet et séchées au soleil pendant 24 heures. Les boues et toutes les

impuretés d’origine de la coque ont été enlevées. Après, les coques sont broyées manuellement

dans un mortier puis tamisées afin d’éliminer les petites particules de la coque.

FIGURE 3 : COQUES D’ARACHIDES BROYEES (SOURCE : AUTEUR)

ÉQUATION 7


25

Le lavage par l’eau distillé est obligatoire pour éliminer d’autres éléments persistants à l’état

naturel de la coque. Ce lavage est réalisé avant l’imprégnation puis séché dans une étuve à

105°C pendant 24 heures.

II.1.2.2. Étapes d’activation chimique

Le pouvoir d'adsorbant de la coque augmente pendant cette étape. L’acide phosphorique

(H3PO4) à 1N est le produit oxydant à préférer.

Deux expériences ont été faites et notons CA1 le charbon actif fini par la première

expérimentation, et CA2 le charbon issu de la deuxième.

Imprégnation

C’est la mise en solution du précurseur dans un produit chimique.

Après la préparation de l’acide phosphorique (H3PO4) à 1N, cent gramme de la coque

d’arachide a été mis dans la solution d’acide. Après un temps d’imprégnation convenable, le

mélange a été filtré par un tamis commercial, puis séché dans une étude à 105°C.

Le tableau 5 récapitule le volume d’acide utilisé, le temps d’imprégnation et le temps de

l’étuvage pour les deux expériences.

TABLEAU 5: DIFFERENCE ENTRE LES DEUX EXPERIENCES PENDANT L’IMPREGNATION

Expérimentations CA1 CA2

Masse de la coque d’arachide (g) 100 100

Volume de H3PO4 (ml) 300 500

Temps de l’imprégnation (heure) 24 24

Temps de l’étuvage (heure) 24 24


26

Calcination ou pyrolyse

Les précurseurs imprégnés sont portés dans un four à moufle programmable. Le tableau 6 ci-

après montre la différence entre les deux expériences pendant la pyrolyse.

TABLEAU 6 : DIFFERENCE ENTRE LES DEUX EXPERIENCES PENDANT LA PYROLYSE

Expérimentations 1 2

Température initiale de four (°C) 100 100

Vitesse de chauffe 10°C/min 50°C /15 min

Température finale (°C) 450 350

Maintien de la température 1h30 30 min

Lavages

Après la calcination, les coques d’arachides sont lavées plusieurs fois par les eaux distillées et

le pH a été ajusté par la solution de NaOH jusqu’à l’obtention du pH voisin de 7. Un séchage

dans une étuve à 105°C pendant 24h est nécessaire après ce lavage.

II.2. Analyse des eaux

II.1.1. Choix des paramètres à analyser

Les paramètres caractéristiques des eaux résiduaires mènent aux choix des analyses à faire. Ils

sont classés en quatre catégories :

les paramètres physiques : la température, le pH, la turbidité, la conductivité et la

minéralisation

les paramètres chimiques : les matières organiques, le taux de nitrates, nitrites,

ammoniums, chlorures, sulfates et phosphore.

les paramètres biologiques : la Demande Biochimique en Oxygène (DBO5) et la

Demande Chimique en Oxygène (DCO).

les paramètres microbiologiques : les Coliformes fécaux, les Streptocoques fécaux, les

Escherichia coli, et les Spores de Bactéries Anaérobies Sulfito-Réducteur (ASR).


27

Le prélèvement se fait par des flacons stériles de 500 mL. Les échantillons prélevés sont

ensuite transportées au laboratoire physico-chimique et bactériologique du JIRAMA

Mandroseza en gardant la température entre 4 et 20°C dans une glacière.

II.1.2. Méthodologie d’analyse

II.1.2.1. Paramètres physiques

Mesure du pH

La mesure du pH s’effectue par un ionomètre du modèle HANNA HI 4222 munis de deux

électrodes, l’une combinée en verre contenant une solution de KCl et l’autre un sonde de

température en plomb. Ces électrodes ont été plongées dans l’échantillon et laissé pendant

quelques minutes en attendant le résultat qui a été affiché sur l’écran.

Mesure de la turbidité

La turbidité d’une eau indique la teneur des matières qui la troublent. Elle a été obtenue par la

lecture directe d’un turbidimètre digital du modèle 2100P HACH. Sa mesure constitue par le

remplissage d’un tube jusqu’au trait de dix millilitre en lançant le bouton « read » et le résultat

s’affiche directement sur l’écran.

Mesure de la conductivité, minéralisation et température

La mesure de ces trois paramètres est effectuée à l’aide d’une conductimétrie du modèle LF

538. Pour la lecture, l’électrode de la conductimètre a été plongée dans l’échantillon en cliquant

le bouton conductivité ou minéralisation ou température et le résultat s’affiche.

Détermination des matières organiques

La détermination des matières organiques est basée sur l’oxydation en excès de permanganate

de potassium (KMnO4) à chaud (100°C) en milieu alcalin pendant dix minutes.

A l’ébullition, les matières oxydables contenant des permanganates en excès sont réduises par

l’excès de l’acide sulfurique (H2SO4). La solution titrant pour avoir la teneur en matière

organique est le permanganate de potassium (en milieu acide) qui était une solution de titrage

en retour. Le protocole d’analyse détaillé est présenté dans l’annexe 3.


28

II.1.2.2. Paramètres chimiques

Dosages des chlorures (Cl-)

Le principe de détermination des chlorures est basé sur la réaction des ions chlorures avec les

ions argent qui forme un précipité de chlorure d’argent (AgCl).

Pour la prise d’essai, cent millilitre d’échantillon est rajouté par quelques gouttes d’ l’indicateur

coloré (dichromate de potassium : K2Cr2O7). Ensuite, l’addition d’ion argent donne la

formation du chromate d’argent (Ag2CrO4) en donnant la coloration brun rouge, qui était

l’indication du virage.

Dosage des nitrates (NO3-)

En présence du salicylate du sodium (C7H5NaO3), les nitrates donnent du paranitrosalicylate de

sodium coloré en jaune et susceptible d’un dosage spectrométrique.

Pour le dosage, dix millilitres d’échantillon a été utilisé pour chaque prise d’essai. Cette prise

est rajouter 1 mL de salicylate de sodium suivie d’un séchage dans une étuve à 200°C. Une fois

séché, ajoutés 2 mL d’acide sulfurique (H2SO4), 15 mL d’eau distillé et 15 mL de salicylate de

sodium. La détermination du taux de nitrate se fait par la lecture directe sur l’appareil

spectrophotomètre d’absorption moléculaire UV visible à la longueur d’onde 415 nm. Cette

mesure nécessite un blanc réactif de même volume et dosage que l’échantillon.

Dosages des nitrites (NO2-)

La détermination des nitrites est basée sur la méthode de ZAMBELLI. En présence d’acide

sulfamique (H3NSO3), d’ion ammonium (NH4+) et du phénol (C6H5OH) ; les ions nitrites se

forment en milieu chlorhydrique.

Pour le dosage, cinquante millilitres d’échantillon ont été ajouté par 2 mL de la solution de

Zambelli, puis 2 mL d’ammoniac à 20%. La lecture du résultat se fait par un spectrophotomètre.

Cette mesure demande un blanc réactif de même dosage que l’échantillon.

Dosages des sulfates (SO42-)

Les ions sulfates se précipitent en présence de l’acide chlorhydrique à l’état de sulfate de

Baryum. Les précipités obtenus sont stabilisés par le chlorure de baryum.


29

Pour le dosage, vingt millilitres d’eau à analyser ont été ajoutés par 0,5 mL d’acide

chlorhydrique (HCL) à 10% et 2,5 mL de chlorure de baryum (BaCl2) stabilisé. Après le

dosage, les résultats sont mesurées à l’aide d’un spectrophotomètre à longueur d’onde 650 nm.

Dosages des ammoniums (NH4+)

L’analyse de l’ammonium se fait par un photomètre contenant deux pastilles qui sont le

salicylate d’ammonium (pastille N°1) et le cyanurâtes d’ammonium (pastille N°2). Vingt

millilitre d’échantillon ont été pris en ajoutant une pastille 1. Après le temps de pose 3 mn,

ajouté la pastille 2 en reposant pendant 15 mn. La lecture du résultat se fait par le photomètre.

II.1.2.3. Paramètres biologiques

Détermination de Demande Biochimique en Oxygène (DBO5)

La DBO5 est la quantité d’oxygène consommée par une biomasse pour décomposer les matières

organiques. Sa quantité est obtenue après l’incubation de l’échantillon pendant 5 jours dans une

oxitop.

Les échantillons sont placés dans un flacon brun fermé ayant de bouchon aux manomètres à

mercure. Ces flacons sont mis dans l’appareil et incubé pendant 5 jours où les microorganismes

consomment les oxygènes dans l’échantillon.

Détermination de Demande Chimique en Oxygène (DCO)

La DCO est la quantité d’oxygène nécessaire pour oxyder toutes les matières organiques et les

matières minérales contenues dans l’eau. La détermination est basée sur le principe d’oxydation

par le dichromate de potassium (K2Cr2O7) à chaud en milieu acide. La solution d’acide

sulfurique et de bichromates de potassium réagissent par les substances oxydables en présence

de sulfates d’argent (catalyseur). L’annexe 3 montre le mode opératoire détaillé pour la

détermination de DCO.

II.1.2.4. Paramètres microbiologiques

Quatre paramètres ont été analysés au sein du laboratoire microbiologique du JIRAMA. Ce sont

les Coliformes fécaux, Streptocoques fécaux, Escherichia coli et ASR. Le respect du mode de

prélèvement et l’utilisation des flacons stériles sont très nécessaires pendant les

échantillonnages.


30

Le principe de dénombrement est la filtration sur membrane. L’appareil de filtration contient

des éléments de base (entonnoir, support métallique, plaque poreuse et robinet) permettant de

filtrer l’échantillon et aussi des membranes filtrantes qui permettent de retenir les bactéries.

Pour ceux, l’échantillon est filtré à travers d’une membrane de porosité 0,45 µm et de diamètre

47 mm qui retient les microorganismes. La membrane est ensuite placée sur un milieu gélosé

dont leur composition sera présentée en annexe 4. Durant l’incubation, des colonies se forment

sur la surface de la membrane.

Dénombrement des Coliformes fécaux

Cent millilitre d’échantillon ont été filtré par la membrane stérilisé. La membrane est ensuite

placée dans une boîte de Pétri contenant de Gélose lactose au TTC et Tergitol 7, puis incubé

dans un incubateur à 37°C pendant 24 heures. La formation des colonies de coloration halo

jaune après le temps d’incubation indique la présence des bactéries Coliformes fécaux.

Dénombrement des Streptocoques fécaux

Après la filtration de cent millilitre d’échantillon, la membrane est déposée sur la boîte de Pétri

contenant de Slanetz et Bartley. Ensuite, elle est incubée dans un incubateur de 37°C pendant

48 heures. La présence de couleur rouge violacé montre l’existence des Streptocoques fécaux.

Dénombrement des Escherichia coli

La membrane filtrante a été déposé sur un Gélose lactosée au TTC et Tergitol 7 qui était le

milieu de culture utilisé pour dénombrer les Escherichia coli après la filtration de 100 mL sur

la membrane filtrante. La boîte de Pétri est ensuite incubé à 44°C pendant 24 heures. Les

colonies de coloration jaune sont à dénombrer.

Dénombrement des spores Anaérobie Sulfito-Réducteur (ASR)

Pour le dénombrement de l’ASR, l’échantillon (20 mL) est transvasé dans un tube à essai puis

porté dans un bain marie pendant 10 min. Après ce temps, l’eau à analyser est placée dans un

tube à essai contenant un milieu de culture (Gélose viande fois) qui était déjà solidifié dans un

bain marie à 80°C. Ensuite, l’agitation avec le geste de poignet est nécessaire pour bien

mélanger l’échantillon et le milieu de culture. Puis, refroidi rapidement le tube avant de le

mettre dans un incubateur à 37°C. Les bactéries se forment après 24 heures d’incubation avec

des colorations noires.


31

II.3. Essai de traitement

L’essai de traitement a pour but d’enrichir la connaissance sur la performance du charbon actif

préparé à partir de la coque d’arachide qui est d’origine à Madagascar ; et de déterminer

l’efficacité de l’adsorbant en fonction de la préparation, en utilisant les eaux usées de la ville

d’Antananarivo qui sont d’origine domestique.

Le déroulement de l’essai se fait par la mise en solution de 2 g du charbon actif avec 100 mL

d’échantillon suivie d’une filtration par un tamis commercial contenant de 1 mm de diamètre

de maille. Cette démarche se fait pour chaque paramètre étudier et l’eau traitée est tout de suite

analysé au laboratoire JIRAMA Mandroseza.

Résultats

RESULTATS

Résultats

32

I. RENDEMENT SUR LA FABRICATION DU CHARBON ACTIF

I.1. Caractéristique de la coque d’arachide

Les caractéristiques de biomasse végétale dépendent de sa nature, de son espèce, de son âge et

de la composition du sol qu’elle récolte. Ici, la coque d’arachide a été récoltée au sein de

l’agriculteur à Arivonimamo, région Itasy. La figure 4 récapitule les résultats d’analyse du taux

de carbone, cendre, humidité et azote.

FIGURE 4 : CARACTERISTIQUES DES COQUES D’ARACHIDES

Les analyses effectuées montrent que la coque d’arachide a un taux de carbone 46,92%. Par

ailleurs, elle possède un taux de cendre très faible (1,84%) qui indique la présence des matières

minérales amorphes et inertes. Ce qui marque que l’oligo-élément dans une matière sèche est

très faible aussi. La coque contient également une valeur d’azote très faible (1%). Et elle retient

11,1% d’humidité. Ce taux détermine la quantité des eaux présentes dans la biomasse après un

temps de séchage.

46.92

1.84

11.11

Taux de carbone

Taux de cendre

Taux d’humidité

Taux d’azote

Résultats

33

I.2. Caractéristique du charbon actif fini

pH

Après un large lavage par les eaux distillées, le pH du charbon actif reste 2. Ceci porte des

inconvénients sur la qualité des eaux traitées. Ce pH a été ajusté par quelques millilitres de

NaOH jusqu’à l’obtention du pH au voisinage du 7.

Perte en masse

La perte en masse définit la quantité du charbon actif fini après la pyrolyse. Les résultats lors

des deux expériences sont présentés dans le tableau 7.

TABLEAU 7 : RESULTATS DES DEUX CHARBONS ACTIFS FINIS

D’après ce tableau, le deuxième essai est plus rentable. Il a un taux de perte 30,5% celle le

premier est de 61,6%.

D’après les résultats de la pyrolyse, aucun pore n’a eu observé pour les deux charbons actifs

finis. Les résultats des deux expériences donnent des charbons actifs très différents y voire les

formes et les tailles. La première expérience donne abondamment des poudres du charbon.

Celle de la deuxième a des formes plus dures. Ainsi, les CA1 sont très mou par rapport aux

CA2.

Ces deux charbons sont fabriqués par la même matière première mais la différence perçoit

pendant la pyrolyse.

Essai CA1 CA2

Masse initiale (g) 100 100

Masse final (g) 38,4 69,5

Taux de perte en masse (%) 61,6 30,5

Résultats

34

Les aspects des charbons actifs finis sont illustrés dans la figure 5.

FIGURE 5 : ASPECT DU CHARBON ACTIF FINIS CA1 ET CA2 (SOURCE : AUTEUR)

CA1CA2

Résultats

35

II. QUALITES PHYSICO-CHIMIQUES DE L’EAU

II.1. Caractéristiques des eaux avant traitement

Les paramètres physico-chimiques des eaux ont été considérés avant et après traitement. Le

taux de ces paramètres est très important afin de connaitre la qualité d’une eau étudiée. Trois

échantillonnages ont été prélevés lors d’une étude. L’intérêt de ces trois échantillonnages est de

connaître l’homogénéité des eaux du lac.

EB1 : eaux brutes issues à l’entrée du lac,

EB2 : eaux brutes issues à la sortie du lac,

EB3 : eaux brutes issues au centre du lac.

La concentration moyenne des éléments présents dans les eaux du lac est notée

EBm.

Le tableau 8 récapitule les résultats d’analyses de paramètre physico-chimique avant le

traitement.

TABLEAU 8 : RESULTATS DES PARAMETRES PHYSICO-CHIMIQUES AVANT TRAITEMENT

Paramètres Unité EB1 EB2 EB3 EBm Norme Internationale

pH - 8,75 9 8,75 8,83 6,5-8,5

Température °C 19,2 19 18 18,7 30

Conductivité µs.cm-

1 268 297 296 287 200

Minéralisation mg.L-1 251 278 265 264,6 -

Turbidité NTU 60 62,6 52,9 58,5 25

Matières organiques mg.L-1 10 10 8,8 9,6 -

Chlorure mg.L-1 47,57 42,6 48,87 46,34 250

Sulfate mg.L-1 17,303 17,4 16,2 16,96 250

Nitrate mg.L-1 9,34 8,5 4,25 7,36 1

Nitrite mg.L-1 0,47 0,45 0,28 0,4 1

Ammonium mg.L-1 12 12,5 12 12,16 0,5

Phosphate mg.L-1 35 - - 35 10

DBO5 mg.L-1 48 - - 48 30

DCO mg.L-1 151 - - 151 90

Résultats

36

La détermination des paramètres physiques montre que le rejet est caractérisé par une forte

alcalinité (8 < pH < 9). La valeur du pH des eaux dépasse la valeur limite (8,5) de la norme du

rejet internationale. Ensuite, elle a une forte minéralisation qui est supérieure à 200 mg.L-1, avec

une conductivité 268 µS.cm-1. Le rejet d’eau est très turbide, et ayant une valeur doublée par

rapport à la norme. Pour la température, elle est constante et inférieur à la norme du rejet. La

concentration des matières organiques de l’eau du lac est 10 mg.L-1, ce paramètre n’est pas

prescrit dans la norme du rejet mais en relation avec la turbidité.

D’après les analyses des paramètres chimiques, nous avons constaté que les eaux du lac

contiennent de faible concentration des ions sulfates. Les sulfates réduisent en sulfure après

l’absorption des matières organiques de microorganismes dans les sulfates dissouts. Elles

contiennent aussi de chlorure à concentration faible (46,34 mg.L-1) et très faible par rapport

aux normes du rejet (250 mg.L-1). La présence de ces ions à forte concentration mène à la

toxicité des eaux et ils sont très dangereux pour les végétations aquatiques.

Les eaux brutes contiennent également des pollutions de matières azotées telles que les ions

nitrates qui ont des valeurs supérieures à la norme du rejet internationale (7,36 mg.L-1), de nitrite

avec un taux très faible (0,4 mg.L-1) et de l’ammonium avec une concentration 12 mg.L-1, une

valeur supérieure par rapport à la norme du rejet.

Le phosphate, dérivé des phosphores qui a une valeur très dangereuse pour la vie aquatique et

surtout l’écosystème, car il consomme plus des quantités d’oxygènes dans l’eau, ce qui conduit

au phénomène de l’eutrophisation et aussi le responsable du développement des algues. L’OMS

s’oppose la valeur limite de l’ion phosphate en 10 mg.L-1, mais sa valeur dans les eaux du lac

est très supérieure par rapport à la norme (35 mg.L-1).

La DBO5 et la DCO sont des paramètres qui permettent d’évaluer la quantité des matières

organiques dans l’eau. La DBO5 qui était 48 mg.L-1 est supérieur à la norme du rejet. De même

pour la valeur de la DCO qui était 151 mg.L-1. La valeur de DCO est plus élevée par rapport à

la DBO5.

II.2. Résultats d’analyse des eaux après traitement

Les essais de traitement ont pour but de déterminer l’efficacité du charbon actif fabriqué à partir

de la coque d’arachide. Les sous chapitres ci-dessous donnent les résultats des paramètres

physico-chimiques et microbiologiques après l’utilisation du charbon actif (CA1 et CA2).

Résultats

37

II.2.1. Essai de traitement par CA 1

L’eau à traiter est l’eau issue à l’entrée du lac (EB1). Les résultats après l’essai de traitement

par le CA1 est résumé dans le tableau 9.

TABLEAU 9 : RESULTATS DES PARAMETRES PHYSICO-CHIMIQUES APRES TRAITEMENT PAR

LE CA1

Dans le premier essai, le CA1 n’a pas un bon rendement. Après traitement, les eaux renferment

des petites poudres du charbon (présentés dans la figure 6). Ce qui a besoin d’une autre filtre

afin d’éliminer ces poudres. La valeur de la turbidité pour les eaux brutes (60 NTU) et les eaux

traitées (58,3 NTU) n’a pas une grande différence. De même pour les autres paramètres, le

charbon actif issu de la première expérience (CA1) retient de faible quantité des matières

organiques, de sulfate, de chlorure, d’ammonium, de phosphate ainsi que la DBO5 et la DCO.

A la fin du traitement, les eaux ne respectent pas la norme du rejet.

Après ce premier essai, le CA1 est à jeter par ce qu’il devient très poudre.

Paramètres Unité EB 1 ET Norme

Internationale

Aspect - vert Clair + poudre du

charbon incolore

Conductivité µs.cm-1 268 260 200

pH - 8,75 6,8 6,5-8,5

Température °C 19,2 19 30

Minéralisation mg.L-1 251 245 -

Turbidité NTU 60 58,3 25

MO mg.L-1 10 0,8 -

Chlorure mg.L-1 47,57 42,31 250

Documents

« ESSAI DE TRAITEMENT DES EAUX USÉES PAR LA BIOMASSE …biblio.univ-antananarivo.mg/pdfs/JaoherySandratrerinelinaN_CHIMIE… · présentes dans un liquide ou gaz se fixent sur les