MEMOIRE POUR L‟OBTENTION DU MASTER II EN INGENIERIE DE L’EAU ET DE L’ENVIRONNEMENT OPTION : EAU ET ASSAINISSEMENT Présenté et soutenu publiquement le 02 octobre 2018 Par TOURE AISSATA Encadreurs : Prof Yacouba KONATE, Maitre de Conférences CAMES, Responsable du Laboratoire Eaux, Hydro-Systèmes et Agriculture, 2iE Dr SYLLA Tidiane, Directeur de la Direction Médico-Social et du Développement Durable de l‟Unité Agricole Intégré Sucrivoire de Borotou-Koro Jury d‟évaluation du stage : Président : Dr. Anderson H. ANDRIANISA Membres et correcteurs : Dr. Seyram SOSSOU Prof. Yacouba KONATE Promotion 2016/2017 DIAGNOSTIC DES DYSFONCTIONNEMENTS DE LA STATION D’EPURATION A BOUES ACTIVEES DE SUCRIVOIRE BOROTOU-KORO (COTE D’IVOIRE) ET PROPOSITION DE SOLUTIONS
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MEMOIRE POUR L‟OBTENTION DU
MASTER II EN INGENIERIE DE L’EAU ET DE L’ENVIRONNEMENT
OPTION : EAU ET ASSAINISSEMENT
Présenté et soutenu publiquement le 02 octobre 2018
Par TOURE AISSATA
Encadreurs :
Prof Yacouba KONATE, Maitre de Conférences CAMES, Responsable du Laboratoire
Eaux, Hydro-Systèmes et Agriculture, 2iE
Dr SYLLA Tidiane, Directeur de la Direction Médico-Social et du Développement
Durable de l‟Unité Agricole Intégré Sucrivoire de Borotou-Koro
Jury d‟évaluation du stage :
Président : Dr. Anderson H. ANDRIANISA
Membres et correcteurs : Dr. Seyram SOSSOU
Prof. Yacouba KONATE
Promotion 2016/2017
DIAGNOSTIC DES DYSFONCTIONNEMENTS DE LA STATION
D’EPURATION A BOUES ACTIVEES DE SUCRIVOIRE
BOROTOU-KORO (COTE D’IVOIRE)
ET PROPOSITION DE SOLUTIONS
Diagnostic des dysfonctionnements de la station d‟épuration à boues activées Sucrivoire
Borotou-Koro (Côte d‟Ivoire) et proposition de solutions
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DEDICACE
Je dédie ce travail
A Dieu le père de toute création pour son amour infini
A mon père ASSOUMAN TOURE, pour ses conseils, son soutien sans faille,
pour tous les moyens mis à ma disposition pour ma réussite.
A ma mère N’ZI ADJOUA épouse TOURE, pour ses bénédictions et tout son
amour, et pour son soutien sans faille à ma personne.
A mon époux GUEU IBRAHIM, qui a toujours cru en moi, tu es mon âme sœur,
mon rocher.
A mon oncle KOUASSI JULIEN pour son soutien et sa disponibilité.
A mes frères et sœurs, merci pour vos encouragements et vos prières.
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REMERCIEMENTS
Mes remerciements et ma gratitude vont à l‟endroit de la Banque Mondiale pour le
financement de mes études de Master, ainsi qu‟aux professeurs et aux personnels
administratifs de la Fondation 2iE qui ont assuré ma formation durant ces deux années.
Au professeur Yacouba KONATE, merci de m‟avoir encadrée, merci pour votre disponibilité,
votre patience et de m‟éclairer tout au long de ce travail à travers vos recommandations et vos
conseils.
A Mr Franck EBA, Directeur de l‟Unité Agricole Intégrée Sucrivoire qui m‟a permis
d‟effectuer le stage dans son entreprise et pour sa disponibilité.
Je tiens à remercier particulièrement le Docteur SYLLA Tidiane, mon encadreur à Sucrivoire
qui par son accessibilité, ses conseils, ses remarques et sa vision a favorisé le bon déroulement
de mon travail. Qu‟il trouve en ces lignes l‟expression de ma profonde gratitude.
A Mr SIDIBE Sidiki, Responsable du département HSE, homme rigoureux, qui de près ou de
loin s‟est assuré, de mettre à ma disposition les moyens, d‟apporter des remarques et
orientations pour que mon stage se déroule bien.
A Mr KONE Karim, Responsable du département HSE, qui par son accessibilité, son
amabilité, ses conseils a favorisé un cadre propice au travail.
A Mr DOUMBIA Sam, technicien à la station d‟épuration des eaux usées urbaines.
A Mr BLE Jean-René, Chef service Laboratoire usine, qui m‟a ouvert les portes de son
laboratoire afin que je puisse effectuer mes analyses.
A Mr ABOUTOU Fréderic, Chef service analyses courantes, qui par son accessibilité, son
amabilité m‟a permise de me familiariser aux appareillages et a mis à ma disposition le
matériel et les réactifs nécessaires pour mon travail bien que parfois en rupture. Merci.
A Mr KONAN Kouadio René, le responsable du traitement des eaux qui m‟a été d‟une aide
précieuse pour réaliser mes analyses.
A Mr YEO Zana, Mr Thierno Abdoulaye DIALLO et Mme Fadiga Adama DIALLO, Agents
HSE. Merci pour votre disponibilité votre aide et vos encouragements
A Mr KPANGNI Bertrand, Agent HSE, qui m‟a été d‟une aide précieuse dans la rédaction de
mon rapport tant par ses remarques que par ses conseils. Merci
A Mr YOH Robert, Agent HSE pour sa disponibilité et son accessibilité. Merci pour tout.
A Mlle Kouadio Anna Carrelle, stagiaire HSE, Merci. A tous ceux qui de loin ont de près
m‟ont apporté leur aide pour ce mémoire. Merci.
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RESUME
Les stations d‟épuration, notamment celles utilisant les procédés à boues activées peuvent être
sujettes à des défaillances qui limitent la fiabilité des performances épuratoires. Ceci est le cas
de la station d‟épuration à boues activées de Sucrivoire de Borotou-Koro, objet de notre
étude. dont l‟objectif est de contribuer à améliorer les performances épuratoires à partir du
diagnostic de la station. Pour ce faire, nous avons diagnostiqué le fonctionnement des
différentes étapes du traitement et déterminé les paramètres caractéristiques des eaux usées en
comparaison avec les normes ivoiriennes de niveau d‟épuration et de qualité des rejets d‟eaux
usées traitées. Le diagnostic a révélé que plusieurs équipements intervenants dans la collecte,
l‟évacuation et le traitement des eaux usées étaient en panne. L‟analyse de l‟effluent épuré a
révélé que les normes de rejet des flux journaliers à la sortie de la station en terme de MES et
de la DBO5 ne sont pas respectés. Aussi, les rendements épuratoires de la DBO5, la DCO, et
les MES respectivement de 51%,50% et 67% sont inférieurs à la norme ivoirienne sur le
rendement minimum d‟épuration. Pour améliorer ces performances, les appareils et moteurs
défectueux de la station d‟épuration ont été réparés et le temps de fonctionnement des turbines
d‟aération a été réduit de 15 minutes. Fort de ces réparations et réajustements, la
consommation énergétique annuelle de la station qui s‟élevait à 164048 kWh pour un coût de
9.110.669 FCA, est passée à 144626 kWh pour un montant de 8.031.131 FCA.
La caractérisation des effluents après la réhabilitation montre que, les rendements épuratoires
de la DBO5, la DCO et des MES sont passés respectivement à 91%,91% et 94% et leurs
concentrations résiduelles dans les effluents de sortie respecte la norme ivoirienne de rejets
d‟eaux usées traitées.
Mots clés : Eaux Usées, Station d‟Epuration, Boues activées, Diagnostic, Rendement
Epuratoire
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ABSTRACT
Treatment plants, especially those using activated sludge processes may be subject to failures
that limit the reliability of their removal efficiencies. This is the case of the activated sludge
treatment plant of Sucrivoire in the city of Borotou-Koro, subject of our study.of which the
objective was to improve the removal efficiencies in order to optimize the activated sludge
treatment plant. To do this, an overview has been made to monitor the operation of the
treatment plant and to perform physical and chemical analysis of the wastewater. The
diagnostic showed that several equipments involved in the collection and the treatment of the
wastewater have broken down. The analysis of the samples reveals that the residual
concentration of the parameters of Suspended Solids (SS) and Chemical Oxygen Demand
(COD) are not conform regarding the Ivory Coast standard for treated wastewater at the outlet
of treatment plant.. The removal efficiencies in BOD, COD, and SS respectively of 51%, 50%
and 67% are lower than the Ivorian standard recommended on the minimum treatment
efficiency. To improve this performance, the defective units and motors have been repaired
and the operating time of the ventilation turbine has been reduced of 15 minutes. The annual
energy consumption of the treatment plant was 164,048 kWh for a cost of 9,110,669 F CFA.
And it has been reduced to 144626 kWh for an amount of 8 031 131 F CFA. This reduction
didn‟t have no impact on the removal efficiencies of the treatment plant. The characterization
of wastewater after repairing the defective motors units showed that the removals efficiencies
of BOD, COD, and SS have increased to 91%,91% et 94% and their residual concentration at
the outlet effluent respect the Ivorian Law for treated wastewater.
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2. Méthodologie de l’étude
La méthodologie générale de travail adoptée pour atteindre nos objectifs a consisté à :
Faire le diagnostic de la station d‟épuration
Caractériser les eaux usées avant et après le traitement
Déterminer les paramètres de fonctionnement
Des propositions de solutions et réévaluation de l‟amélioration des performances de la
station d‟épuration après la mise en œuvre des solutions
2.1. Diagnostic de la station d’épuration
Le diagnostic a consisté à faire des visites sur le réseau de collecte et observer leur
fonctionnement. C‟est dans cette même vision que l‟observation du fonctionnement des
ouvrages des différentes étapes de traitement a été faite.
2.2. Caractérisation des eaux usées
Plusieurs paramètres ont permis de caractériser la pollution physico-chimique et la pollution
organique contenues dans les eaux usées. Ce sont : la température, le pH, la conductivité, les
MES, la DBO5, la DCO, les Nitrates, l‟azote total, et le phosphore total. Les mesures réalisées
in situ sont : le pH, la Température, la conductivité, les MES, la DCO. L‟analyse de la DBO5,
de l‟Azote Total, du NO-3 et du Phosphore Total, a été réalisée par un laboratoire privé vu que
le laboratoire de Sucrivoire ne dispose pas du matériel d‟analyse nécessaire. Aussi, ils ont été
mesurés sur des échantillons composites. Un litre est prélevé chaque heure pendant 12 heures
et introduit dans un flacon de 24 litres. Après homogénéisation, 1 litre de l‟échantillon est
prélevé pour être analysé. Les méthodes d‟analyse des différents paramètres de pollution sont
données dans le tableau N°II ci-dessous.
Quant à l‟analyse du pH, de la conductivité et de la température, le type de prélèvement est
ponctuel. Les prélèvements ont été faits en quatre points précis à savoir l‟entrée de la station,
la sortie du clarificateur, au niveau du bassin d‟aération, au niveau de la recirculation. Les
prélèvements effectués à l‟entrée et à la sortie de la station ont été faits pour évaluer la qualité
du traitement, et ceux effectués au niveau du bassin d‟aération ont été fait pour apprécier les
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paramètres de fonctionnement de la station. Les prélèvements à l‟entrée de la station sont faits
après le dégrilleur. la figure 7 présente les différents points de prélèvements des échantillons
au niveau de la station.
Le tableau II présente les méthodes d‟analyse des différents paramètres de pollution.
Recirculation
Entrée eau usée Prétraitements Bassin d‟aération
Clarificateur Sortie eau usée
Figure 7: Points de prélèvement des échantillons
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Tableau II: Méthodes d'analyse des paramètres de pollution
Paramètres Méthode d’analyse
pH NF T 90-008
Conductivité NF T 90-031
MES NF EN 872 :2005
DBO5 NF EN 1899-1 : 1998
DCO AFNOR NFT 90 -101 :2001
Azote Total NF EN 25663
Nitrates ISO 7890-3
Phosphore Total NFT 90-023
L‟analyse microbiologique n‟a pas pu être effectuée du fait que le laboratoire de Sucrivoire ne
disposait pas de matériel nécessaire.
2.3. Paramètres de fonctionnement de la Step
Le calcul de ces paramètres a été réalisé dans un premier temps pour le diagnostic du
fonctionnement, et ensuite pour apprécier les possibilités d‟optimisation.
2.3.1. Charge massique
C‟est le rapport entre la masse de pollution entrante par jour dans la station (en termes de
DBO5) et la quantité de boue contenue dans le bassin d‟aération. Elle est calculée par la
formule ci-dessous.
Cm : Charge massique Kg DBO5/kg MVS.j
[DBO5] entrée : Masse de DBO5 apportée par jour (kg/j)
Q : Débit entrant à la Station en m3/j
V : Volume du bassin d‟aération
[MVS] : Concentration nominale de MVS dans le bassin d‟aération
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2.3.2 Charge volumique
La charge volumique (Cv) correspond à la quantité de pollution (DBO5 ou de DCO) reçue
par jour et par m3 de bassin. Elle est calculée par la formule ci-dessous
Cv : Charge volumique Kg DBO5/m3.j
[DBO5] entrée : Masse de DBO5 apportée par jour (kg/j)
Q : Débit entrant à la Station en m3/j
V : Volume du bassin d‟aération
2.3.3. Le temps de séjour
Le temps de séjour de la boue dans un clarificateur correspond au temps disponible pour la
sédimentation et l‟épaississement. Au-delà d‟un certain temps de séjour, le gain en
épaississement est très faible et les conditions qui s‟y développent peuvent occasionner des
perturbations dans le clarificateur (dénitrification) ou dans la station qui peut se traduire par le
foisonnement (Canler et al. 2004).
V boues= Volume de boues
Clb : Concentration moyenne dans le lit de boue
Qr : Le débit recirculé
Cbr : Concentration en MES des boues recirculées
A noter que le temps de séjour varie en fonction du débit d‟entrée et du débit de la
recirculation.
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2.3.4. Les Matières en suspension dans le bassin d’aération
Les concentrations en matières en suspension [MES] doivent être adaptées à la charge
polluante reçue afin de respecter la charge massique de fonctionnement. Elles représentent la
biomasse active présente dans le système. La concentration en MES permet d‟apprécier
quantité de boue active présente dans le bassin d‟aération, aussi elle doit systématiquement
être maintenue inférieure à 4 g.L-1
pour des effluents urbains (Cardot, 2001).
2.3.5. Age des boues
Rapport entre la masse de boues présentes dans le réacteur et la masse de boues extraites
quotidiennement. Le calcul de l‟âge des boues se fait selon la relation suivante
2.3.6. L’indice de boue
L‟indice de boues représente l‟aptitude des flocons de boues à décanter librement dans un
milieu dilué. C‟est le volume occupé dans l‟éprouvette de 1000 ml par 1g de boue dilué avec
de l‟eau traitée après une décantation de 30 minutes. Il permet d‟apprécier la qualité
mécanique de boues formées. Lorsque la quantité de boues décantée est insuffisante le
traitement de la pollution contenue dans l‟eau est médiocre. Ce calcul est valide si le volume
de boues décanté après 30 minutes est compris entre 100 et 250 ml.l-1, dans le cas contraire il
faut augmenter le taux ou facteur de dilution (d).
IB=
IB : Indice de Boue s‟exprime en ml.g-1.
VD 30 : Volume obtenu après 30 minutes de décantation.
d : dilution si le volume décanté est supérieur à 250 ml.l-1.
[MES] : Concentration en Matière en Suspension du Bassin d‟aération.
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TROISIEME PARTIE : RESULTATS ET DISCUSSION
1. Diagnostic de la station d’épuration à boues activées et identification des
dysfonctionnements
1.1. Réseau d’évacuation des eaux usées
Les eaux usées arrivent à la Step par le réseau d‟égouts séparatif. Il comporte une station de
relevage et de nombreux regards. Au cours de la visite de terrain, nous avons observé que 12
regards ont été ensevelis par le sable transporté pendant les pluies et 8 autres, ont perdu leur
dalle de couverture, et reçoivent parfois des déchets solides. Au total, 20 regards sur les 100
existants sur le réseau présentaient des anomalies. Ces problèmes engendrent un ensablement
important, une obstruction de débris de toute sorte par endroits et une faible vitesse d‟auto
curage.
Figure 8: Regard ouvert
1.2. La station de relevage
La station de relevage (figure 9) permet d'acheminer les eaux usées vers la station d'épuration
lorsqu‟elles arrivent à un niveau topographique plus bas que la station d‟épuration. Ce
relevage des eaux usées s'effectue grâce à des pompes immergées. Il y en a deux. Une en
fonctionnement et la seconde pompe fait office de pompe secours.
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Les eaux usées arrivent avec des quantités importantes de sable qui se déposent au fond de la
bâche. La bâche qui reçoit les eaux dispose de 4 sondes de niveau. Une sonde de niveau bas et
une autre pompe secours. Une troisième sonde de niveau Haut et une autre pompe secours.
Cependant, trois sur quatre de ces sondes sont en panne. Aussi, le disjoncteur qui sert à
déclencher la pompe immergée est en panne. Ces pannes ont pour conséquences d‟empêcher
périodiquement l‟acheminement des eaux usées vers la step.
Figure 9: Regard de la pompe de relevage
1.3. Diagnostic des différentes étapes de traitement de la station d’épuration
La station à boues activées de Sucrivoire comprend : le dégrillage, le dessablage, le
déshuilage, le bassin d‟aération, le clarificateur, les épaississeurs et les lits de séchage des
boues. Les eaux usées traitées sont d‟origine domestique.
.
1.3.1. Prétraitements
Le prétraitement sert à retirer les matières pouvant être facilement collectées dans les eaux
usées brutes, et à les éliminer. Ce sont les déchets solides grossiers, les sables, les graviers,
les huiles, les graisses. Un prétraitement est toujours nécessaire car il permet de protéger les
ouvrages et les pompes de la station. Les ouvrages de prétraitement observés sur la station de
Sucrivoire comportent : un dégrilleur, déssableur et déshuileur.
Le dégrillage
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C‟est la première étape du traitement physique des eaux usées. Il sert à retenir à l‟aide d‟une
grille les déchets volumineux. Il permet de protéger les ouvrages contre l'arrivée de gros
objets susceptibles de provoquer des obstructions dans les différentes unités de l'installation.
La figure 10 ci-après montre le dégrilleur de la STEP de Sucrivoire.
Figure 10 : Dégrilleur
Il comporte une grille munie de barreaux espacés de 3 cm. L‟ouvrage est automatique et se
déclenche grâce à deux capteurs de niveau installés à l‟arrivée des eaux. Un capteur pour
indiquer le niveau bas de l‟eau et un autre pour indiquer le niveau haut de l‟eau. Le racleur du
dégrilleur se déclenche lorsque le débit de l‟eau devient important ce qui signifie qu‟une
quantité importante de déchets obstrue le passage de l‟eau.
Après observations sur plusieurs semaines, on a constaté que le dégrilleur se déclenchait à des
moments où il n‟y avait pas de refus et il ne raclait pas les déchets solides lorsque ceux-ci
commençaient à s‟accumuler. Cette défaillance s‟explique par la panne du système
d‟automatisme intégrer.
Le dessablage et le déshuilage
Dessableur
Il sert à retenir les matières minérales lourdes, sables et graviers.
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Ces dépôts sont raclés manuellement par l‟opérateur de la station chaque jour. Les
observations de terrain que nous avons effectuées montrent que le Dessableur fonctionne
correctement.
Déshuileur
Fonctionnement
Son rôle est de séparer l‟eau des graisses ou des huiles par flottation et les retenir. Il permet
d‟éviter l‟encrassement des ouvrages, la formation des flottants d‟écume, la perturbation de
l‟aération, les départs avec l‟eau traitée. Le déshuilage se fait dans un ouvrage constitué d‟un
mètre carré pour favoriser la remontée des huiles et graisse vers la surface. Les matières
grasses surnageantes sont enlevées lors des entretiens journaliers de l‟opérateur de la station.
Tout comme le dessableur, le déshuileur de la STEP de Sucrivoire fonctionnent correctement.
La figure 11 présente le dessableur et le déshuileur de la station d‟épuration.
Figure 11: Dessableur (1), Déshuileur (2)
1.3.2. Le bassin d’aération
Les eaux usées issues du prétraitement arrivent dans le bassin d‟aération munis de quatre
turbines qui brassent les eaux usées prétraitées pour fournir de l‟oxygène nécessaire à la
croissance des flocons de boues activées et aussi afin de maintenir le mélange homogène
dans le bassin. Selon (Muller et al., 1996)la présence d‟oxygène est la condition
1
2
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incontournable pour l‟activité des microorganismes. L‟aération consiste à mettre en contact
l‟eau à traiter composée de matière organique, azotée et phosphorée avec des bactéries (flocs
bactériens) en présence d‟oxygène et d‟autre part de maintenir les flocons de boues en
mouvement pour qu‟ils ne se déposent pas au fond du bassin ). Les turbines fonctionnent
pendant 2 heures et ont un temps de repos de 1 heure. En 24 heures, le temps de mise en
marche des turbines est de 16 heures et 8 heures de repos
La figure 12 montre le bassin d‟aération en marche de la station d‟épuration.
Figure 12 : Bassin d'aération en marche
Le tableau III illustre les caractéristiques du bassin d‟aération.
Tableau III: Caractéristiques du bassin d'aération
Caractéristiques Bassin d’aération
Longueur (m) 18
Largeur (m) 15
Hauteur d‟eau (m) 2,4
Hauteur de béton (m) 3
Volume (m3) 648
Surface (m2) 270
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L‟efficacité du traitement biologique dépend de la maitrise de l‟apport en oxygène et du bon
fonctionnement du bassin d‟aération. Au cours du diagnostic de terrain, nous avons remarqué
que la sonde qui permettait la mesure en continue la quantité d‟oxygène dissous était en
panne. Pourtant, cette sonde oxymétrique fonctionne en synchronisation avec le système
d‟aération pour optimiser le réglage des cycles d‟aération et par conséquent l‟oxygénation du
bassin d‟aération. Selon Metcalf et Eddy (2003), l‟utilisation de ce type moyen automatique
de contrôle et de mesure va toujours de pair avec une amélioration de la fiabilité des ouvrages
de traitement. Il va s‟en dire que cette défaillance aura incontestablement une conséquence sur
la qualité mécanique des boues autrement une faible floculation des boues. Par ailleurs, le
diagnostic du fonctionnement des turbines d‟aération a montré qu‟ une turbine sur les quatre
existantes était en panne comme le montre la figure 13. Selon Metcalf and Eddy,( 2003) les
turbines tout comme tout autre système d‟aération ont deux importantes fonctions à remplir :
Introduire une quantité déterminée d‟oxygène dans l‟eau du bassin d‟aération ,
nécessaire à la satisfaction des besoins correspondant à l‟oxydation des matières
organiques polluantes apportées par l‟effluent et à la destruction des matières
cellulaires lors de la phase de respiration endogène
Brasser la suspension de boues activées pour en assurer l‟homogénéité et éviter les
dépôts.
Fort de toutes ces considérations, on peut conclure que cette panne de turbine est la cause
d‟une sous oxygénation avec une réduction d‟un ¼ d‟approvisionnement en oxygène du
bassin d‟aération. Elle pourrait être à l‟origine d‟un brassage hydraulique insuffisant dont le
résultat serait une baisse de la capacité d‟oxygénation ou la production de dépôts anaérobies
dans le bassin d‟aération. Selon Cardot (2001) outre l‟apport d‟oxygène, les systèmes
d‟aération des boues activées comme les turbines doivent réaliser une turbulence suffisante
pour éviter les dépôts de boues au fond du bassin et la création de zones mortes de boues qui
risqueraient d‟entrer en anaérobie. On considère généralement que le maintien d‟une vitesse
minimale de l‟eau en tout point du bassin est nécessaire : celle-ci doit être de 0,15 m/S si les
eaux ont été décantées avant traitement biologique et 0,2 m/S dans le cas contraire (Metcalf
and Eddy, 2003).
La figure 13 ci-après montre les turbines du bassin d‟aération, l‟une d‟entre elles est en panne.
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Figure 13: Bassin d'aération : Il y a 3 turbines en marche sur 4, la flèche rouge indique
la turbine en panne
La connaissance de la teneur en boues dans le bassin d‟aération est d‟un intérêt capital pour
régler les purges de boues afin de maintenir un taux de boues à peu près contant. L‟analyse
des MES de l‟eau du bassin d‟aération montre que leur concentration est faible comme le
montre la figure 14 ci-dessous. Dans le cas d‟une situation de sous-charge prononcée, une
concentration minimale de 1,5 à 2 g.L-1 de MES peut être tolérée selon Canler et al.,( 2004).
La concentration en MES du bassin d‟aération de la STEP de Sucrivoire est inférieure à
1.5g/L. Selon Cardot, (2001) la concentration en MES dans un bassin d‟aération fonctionnant
à faible charge varie de 3 à 4 g/L de MES. Les faibles concentrations en MES du bassin
d‟aération pourraient s‟expliquer par une faible quantité de production de biomasse en lien
avec l‟aération insuffisante constatée par l‟arrêt de fonctionnement d‟une des quatre turbines
dans ce bassin.
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Figure 14 : Concentration en Matière en Suspension du Bassin d'aération du 02/02/17 au
06/02/2017
Evaluation du fonctionnement par la recirculation des boues
La recirculation permet de maintenir une concentration relativement constante dans le bassin
d‟aération, d‟éviter un départ précoce de boues et un temps de séjour trop long dans le
clarificateur. Elle est déterminée à partir de la formule du taux de recirculation des boues
suivante : Tr= Qr/Qo avec Qr le débit de recirculation et Qo le débit traversier
Au cours du diagnostic, nous avons remarqué que la pompe de recirculation était parfois à
l‟arrêt à cause de pannes répétitives. La figure 15 montre les taux de recirculation évalué sur
une période de 4 mois au cours de notre étude. Le taux de recirculation moyen évalué est de
seulement 2%. Ce taux est très faible comparativement aux données de la littérature. Selon
(Pronost et al., 2002)le taux de recirculation doit être compris entre 100% et 150%. Les taux
de recirculation des boues évalués au niveau du bassin d‟aération de la STEP de Sucrivoire
montrent que la pompe ne fonctionne pas correctement. Le taux très faible de la recirculation
des boues justifie aussi la faible concentration des MES observée plus haut dans le bassin
dans le d‟aération. En effet selon Metcalf and Eddy, (2003), la croissance de la biomasse
épuratrice dans un bassin d‟aération n‟est pas suffisante pour compenser la perte engendrée
par le débit de sorite de la liqueur mixte. Pour conserver une concentration en biomasse
constante dans le réacteur, une partie des boues du clarificateur est recyclée vers le réacteur.
Des purges sont effectuées afin d‟extraire la quantité de boues en excès dans le procédé. Les
taux de recyclage et de purge permettent également de maîtriser l‟âge des boues. Une
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
2/2/2017 3/2/2017 4/2/2017 5/2/2017 6/2/2017
[ME
S]
du
BA
zn
g/L
[ MES ]du bassin d'aération (g/L) [MES] minimum (g/L)
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recirculation très faible comme c‟est le cas observé dans notre étude entraine un temps de
séjour long et une dénitrification souvent à l‟origine des remontées dans le clarificateur.
Figure 15: Taux de recirculation de Février à Mai 2017
Evaluation du fonctionnement du bassin d’aération par le calcul de l’indice de boues
L‟indice de boues permet d‟apprécier l‟aptitude des boues à la décantation. Il permet
également de suivre l‟évolution de la qualité des boues à titre préventif ou après la mise en
œuvre de solutions curatives. La figure 16 montre les valeurs d‟indice de boues calculées
durant 4 mois (février à mai 2017).
Figure 16: Indice de Boues de Février à Mai 2017
L‟Indice de boues évalué est en moyenne de 72 ml/g variant d‟un minimum de 67 ml/g à un
maximum 79 ml/g. Selon Sperling (2005) et Cardot ( 2001), un Indice de boues inférieur à
100 ml/g traduit un floc bactérien trop fin, trop granuleux et une mauvaise décantation. Nous
en déduisons donc les IB mesurées dans notre étude expliqueraient une faible concentration
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
140%
160%
02/02/2017 02/03/2017 02/04/2017 02/05/2017
Ta
ux d
e re
circ
ula
tio
n (
%)
Tr Tr Inférieur Tr supérieur
0
50
100
150
200
250
02/02/2017 02/03/2017 02/04/2017 02/05/2017
Ind
ice
de
Bo
ue
(ml/
g)
IB inférieur IB IB Supérieur
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des boues observée dans le bassin d‟aération et par conséquent une faible décantation des
boues au niveau du clarificateur.
1.3.3. Le Clarificateur
C‟est un ouvrage placé après le bassin d‟aération. Il est conçu pour permettre la décantation
des boues issues du bassin d‟aération. Sa forme conique permet de favoriser le dépôt des
boues. Elles se déposent au fond de l‟ouvrage par décantation. L‟eau arrive par le bas au
centre de l‟ouvrage. Le pont racleur en rotation favorise le mouvement descendant des boues.
Il tourne de manière à ce que le flux ascendant de l‟eau clarifiée ne perturbe pas le flux
descendant des boues. Une goulotte placée en périphérie du bassin est précédée d‟une lame déversante permettant une récupération continue de l‟eau épurée. Une conduite au fond de
l‟ouvrage permet de recirculer les boues du clarificateur vers le bassin d‟aération en vue d‟y
maintenir une concentration de boues idéale pour le traitement de la pollution. Une autre
conduite permet l‟extraction des boues en excès. Les boues en excès sont conduites vers les
épaississeurs sous forme de silo à boues : Silo 1et Silo 2. L‟eau épurée est rejetée dans la
nature. Elle est utilisée par les agriculteurs locaux pour l‟irrigation des cultures. La figure 17
montre une vue en photo et un schéma du clarificateur de la STEP de Sucrivoire. Le tableau 4
donne les caractéristiques géométriques du clarificateur
Figure 17: Le clarificateur
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Tableau IV: Caractéristiques du clarificateur
Caractéristiques Profondeur au centre Diamètre Surface
Dimensions (m) 3 5 78,5
Le mouvement circulaire du pont racleur devrait en principe permettre de racler les boues
accumulées au fond de l‟ouvrage. Le diagnostic du fonctionnement du clarificateur a révélé
que le moteur du pont racleur était en panne, par conséquent le pont était immobile ce qui
laisse penser à une stagnation des boues dans le clarificateur. Aussi nous avons observé un
fait notoire caractéristique de la remontée de boues à la surface du clarificateur comme le
montre la figure 18 ci-dessous.
Figure 18 : Remontée de boue sur le clarificateur
Selon Fndae n 8 ( 1990) Duchène ( 1994) et Canler et al., (2004) , la remontée de boues à la
surface du clarificateur fait partie des dysfonctionnements biologiques majeures rencontrés
sur les stations d‟épuration à boues activées. La couleur des boues est souvent un indicateur
de l‟origine du problème. Lorsqu‟elle est de couleur brune, il s‟agit d‟une dénitrification, et
lorsque la boue est de couleur noire on parle de fermentation (Fndae n 8, 1990) . En ce qui
concerne notre station, la couleur des flottants observés est de couleur brune, nous en
déduisons qu‟il est probable qu‟il y ait dénitrification au niveau du clarificateur. Les causes
les plus courantes sont l‟arrêt prolongé de la recirculation, un temps de séjour des boues trop
long dans le clarificateur dû à une recirculation insuffisante, une teneur excessive en nitrate
combinée à un séjour prolongé des boues dans le clarificateur (Canler et al. 2004). Pour
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confirmer l‟origine du problème nous allons déterminer plus loin le temps de séjour des boues
et les paramètres de fonctionnement de la station d‟épuration.
1.3.4. Silos à boues
C‟est le lieu d‟épaississement des boues avant leur évacuation sur les lits de séchage Ils
reçoivent les boues en excès extraites par une pompe d‟extraction à partir du clarificateur. Les
boues seront épaissies grâce à l‟utilisation d‟une crépine Johnson de maille 1 mm et les
surnageants sont réintroduits dans le bassin d‟aération pour traitement.
Le volume de chaque silo à boue est 17,5 m3 La figure 19 montre une vue des deux silos en
fonctionnement au niveau de la station de Sucrivoire.
Durant notre diagnostic de terrain, nous n‟avons pas observé de disfonctionnement au niveau
des silos à boues
Figure 19 : Silos à boues
1.3.5. Les lits de séchage
La station d‟épuration dispose de 8 lits de séchages rectangulaires qui reçoivent les boues
préalablement épaissies au niveau des silos à boue. Chaque silo à boue est relié à 4 lits de
séchage par une conduite. Chaque lit de séchage a pour dimensions 15,00 x 5 m soit une
superficie de 75 m2.
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Les boues sont extraites des silos à boue pour alimenter les lits de séchage (Figure 20). Le
diagnostic de terrain a permis d‟observer que le séchage se fait correctement sur les lits de
séchage. Une fois les boues séchées, elles sont mises dans des sacs. Cependant, une fois
séchées et mises en sacs, les boues mettent du temps avant d‟être évacuées sur le site de
stockage. De ce fait, les sacs encombrent l‟espace de la station d‟épuration.
Par ailleurs nous avons remarqué une réduction de l‟épaisseur du sable présent sur le lit de
séchage. Elle est si importante que l‟on commence à apercevoir le gravier situé en dessous de
la couche de sable. Cela s‟explique par la perte progressive d‟une partie du sable filtrant
pendant le pelletage des boues séchées.
Figure 20 : Lits de séchage des boues épaissies
Les boues issues du traitement à boues activées
En 5 mois d‟activité, la station a produit 1171 sacs de boues. Un sac de boue pèse en moyenne
15 kg. Ce qui nous fait un total de 17,565 tonnes soit une production moyenne de 3,513
tonnes de boues par mois.
On a remarqué que les boues produites n‟étaient pas valorisées. Elles sont simplement
stockées sans autre forme de valorisation sur le site de la step (figure 21)
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Figure 21: Les boues en sac
2. Caractérisation et évaluation des performances d’épuration de la Step
2.1 .Caractérisation des eaux usées brutes et des effluents traités
Afin de déterminer la qualité des eaux usées de la station d'épuration de Sucrivoire, nous
avons effectué les analyses de différents paramètres de pollution qui sont: la température, le
pH, la conductivité électrique, les matières en suspension (MES), la Demande Biochimique
en Oxygène (DBO5), la Demande Chimique en Oxygène (DCO), l‟Azote Total, le Nitrate
(NO3-), et le Phosphore Total,
Le Tableau V présente les résultats des paramètres de pollution des eaux usées brutes admises
à la station Sucrivoire. Selon Metcalf and Eddy,( 2003), ses paramètres sont caractéristiques
des eaux usées domestiques. Les concentrations en MES, DCO et DBO5 respectivement 245
mg/L, 344 mg/L et 252 mg/L à l‟entrée de la station sont inférieures à celles obtenues par
Akpo (2006) dont l‟étude portait sur les effluents urbains traités par la station à boue activée
de Cambérène au Sénégal. Ces différences pourraient trouver leur justification dans le fait que
la pollution est liée essentiellement à l‟usage qui est fait de l‟eau, donc de son origine. Le
rapport DCO/DBO5 donne 1,36, cette valeur < à 1,66 traduit que les eaux usées brutes
admises à la step de Sucrivoire sont facilement biodégradables (Hatem, 2008).
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Tableau V: Paramètre de pollution des eaux brutes de la Station d'épuration
Paramètres Moyenne Minimum Maximum Ecart-
type
Nombre
d'échantillons
DBO5 (mg/L) 252 233 282 11,73 13
DCO (mg/L) 344 406 296 27,71 13
MES (mg/L) 245 226 268 10,18 13
Azote Total (mg/L) 44,35 37,5 58 12,65 13
Nitrates (mg/L) 2,23 1,75 3,5 2,11 13
Phosphore Total
(mg/L) 11,95 10 13,4 0,88 13
PH 7,91 7,1 8,8 0,3 13
Température (°C) 26,25 24,1 28,1 1,05 13
Conductivité (µS/cm) 727,71 688 800 26,95 13
Le tableau VI présente les résultats d‟analyses des paramètres de pollutions des eaux usées
traitées de la Step Sucrivoire.
Tableau VI: Paramètre physico-chimiques des eaux traitées
Paramètres Moyenne Minimum Maximum Ecart-
type
Nombre
d'échantillons
DBO5 (mg/L) 124 112 136 5,61 13
DCO (mg/L) 172 153 203 27,71 13
MES (mg/L) 79 55 111 13,5 13
Azote Total (mg/L) 22,11 17 30 12.65 13
Nitrates (mg/L) 40,15 35 48 2,81 13
Phosphore Total (mg/L) 9,54 7 11 0,87 13
PH 7,71 6,9 7,7 0,23 13
Température (°C) 22.65 20,5 25 1.05 13
Conductivité (µS/cm) 572,28 512 639 26.95 13
Les concentrations moyenne en DBO5, MES, DCO, Azote Total à la sortie de la station sont
inférieures à celles de l‟entrée. Pour les paramètres physiques tels que pH, la température et la
conductivité, on fait le même constat, les valeurs moyennes à la sortie de la step sont
supérieures à celles de sortie. En ce qui concerne les Nitrates, la concentration moyenne à
l‟entrée de la station est inférieure à celle de la sortie. L‟augmentation de la concentration du
nitrate en fin de traitement s‟explique par une nitrification suffisante au niveau du bassin
d‟aération. Ces résultats sont similaires à ceux obtenus par (Sid, 2012)
Les rejets de MES s‟élèvent à 79 mg/L pour un flux journalier de 117,6 Kg/j, et ceux de la
DBO5 ont une concentration de 124 mg/L pour un flux de 120,96 kg/j. Ces deux paramètres
ne sont pas conformes à l‟Arrêté n°01164/MINEEF/CIAPOL/SDIIC du 04 Novembre 2008
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qui situe la concentration en MES à la sortie d‟une Step inférieure à 50 mg/L pour un flux
journalier supérieur à 15 Kg/j et la concentration des rejets en DBO5 inférieure à 100 mg/L
pour des flux journaliers supérieur à 50 kg/J.
Pour la DCO, la concentration des rejets à la sortie de la station est de 172 mg/L pour un flux
journalier de 165,12 kg/j. Cette concentration est conforme à l‟Arrêté
n°01164/MINEEF/CIAPOL/SDIIC du 04 Novembre 2008 qui situe la concentration des rejets
en DCO inférieur à 300 mg/L si le flux journalier est supérieur à 150 kg/j. Les valeurs
moyennes du pH, de la température à la sortie de la Step sont conformes à la norme
ivoirienne.
2.2. Evaluation des performances d’épuration de la station à boues activées Sucrivoire
Afin d‟évaluer les performances de l‟épuration des eaux usées au niveau de la Step
de Sucrivoire, la figure ci-après montre, l‟abattement des principaux paramètres de pollution :
DBO5, DCO et MES au niveau de cette station durant la période de fonctionnement allant du
mois de Février 2017 jusqu‟au mois de Juin 2017.
Figure 22 : Rendement épuratoire de la station de février à Juin 2017
Selon la norme ivoirienne, le rendement minimum d‟abattement est de 80 % pour les MES et
la DBO5, et de 75 % pour la DCO. La figure illustre le fait que les rendements d‟épuration de
la DBO5, la DCO et des MES sont inférieurs à la norme ivoirienne avec des valeurs
respectives de 51 %, 50 % et 67%. Ces faibles rendements sont le reflet des
dysfonctionnements importants observés sur la station d‟épuration notamment au niveau du
0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
90.00%
MES DCO DBO5
Ren
dem
ent
(%)
Rendement d'épuration Rendement minimum
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bassin d‟aération (avec le problème d‟aération insuffisante) et du décanteur secondaire
caractérisé par les remontées de boues détériorant ainsi la qualité des effluents rejetés
La figure 23 montre les rendements épuratoires de la station d‟épuration en Azote Total, en
Nitrate, et Phosphore Total.
Figure 23: Rendement d'épuration de l'Azote total, du Phosphore Total et du Nitrate de
Février à mai 2017
-120%
-100%
-80%
-60%
-40%
-20%
0%
20%
40%
60%
R Nitrates R Azote Total R PT
Ren
dem
ent
(%)
Rendement
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Le rendement négatif du Nitrate traduit le fait que sa concentration à l‟entrée de la station est
inférieure à celle de sortie. Ce rendement est similaire à celui obtenu par SID (2012) sur la
station à boues activées de Souk Ahras en Algérie . En effet, le nitrate est obtenu par le
processus de nitrification dans lequel l‟ammonium est oxydé en Nitrates. La condition
nécessaire à ce processus est l‟oxygénation du milieu. (Canler et al. 2007) . Sa concentration
élevée dans les rejets traduit un processus de nitrification favorisé par l‟aération dans le
réacteur biologique à boues activées. La nitrification, pour favoriser l‟élimination de l‟azote
doit s‟accompagner d‟une dénitrification efficace. Aussi les remontées de boues au niveau du
clarificateur suggèrent une dénitrification de moindre dégré à cause de la faible recirculation
des boues dans le clarificateur. Un bon processus de dénitrification intégrerait un bassin
anoxique en amont du bassin d‟aération pour favoriser la dénitrification des nitrates qui y sont
formés. La configuration actuelle de la station Sucrivoire n‟est pas faite pour une élimination
de l‟azote par nitrification dénitrification.
Le rendement d‟épuration de l‟azote Total s‟élève à 50% pour un flux de 21,264 kg/J avec
une concentration à l‟entrée de la step de 44,5 mg/L. Dans les rejets, il s‟élève à 22,11 mg/L.
La concentration en Azote Total respecte les normes de rejets ivoiriennes par l‟Arrêté
n°01164/MINEEF/CIAPOL/SDIIC du 04 Novembre 2008 qui fixe la concentration maximum
dans les rejets à 50 mg/l en concentration moyenne mensuelle lorsque le flux journalier
maximal autorisé est égal ou supérieur à 100 kg/j.
Le phosphore Total a un rendement d‟élimination moyen de 20% pour un flux journalier de
5,36 kg/j, les concentrations à la sortie de la Step sont en moyenne de 9,54 mg/L. Le
phosphore total dans les rejets est conforme à l‟Arrêté n°01164/MINEEF/CIAPOL/SDIIC du
04 Novembre 2008 qui établit la concentration en phosphore Total à ne pas dépasser dans les
rejets à 10 mg/l en concentration moyenne mensuelle lorsque le flux journalier maximal
autorisé est égal ou supérieur à 15 kg/jour
3. Détermination des paramètres de fonctionnement de la Step
Selon les informations recueillies auprès de l‟administration de la société Sucrivoire, la
station d‟épuration a été dimensionnée pour fonctionner à faible charge massique. Le tableau
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VII montre les paramètres de fonctionnement évalués pendant le diagnostic en comparaison
des données de littérature pour une installation à faible charge rapporté par Eddeline (1993)
La charge massique de fonctionnement de 0,19 Kg DBO5/Kg MVS/j est conforme à la charge
massique requise pour un fonctionnement à faible variant de 0,1 à 0,2 Kg DBO5/Kg MVS/j .
La concentration en MVS évaluée de 1,4 g/l est largement en dessous de la concentration de 3
à 4 g/l de MVS dans un bassin d‟aération fonctionnant à faible charge. Cette différence
pourrait s‟expliquer par la faible production de boues de boues en lien avec une aération
insuffisante du bassin d‟aération à cause de l‟arrêt de fonctionnement d‟une turbine.
Par ailleurs, au regard des performances de 90% à 97% d‟élimination de la DBO5 attendues
d‟une station à boues activées à faible charge, le rendement faible de seulement 51% en DBO5
évalué pendant le diagnostic dénote une contre performance justifiée vraisemblablement par
les problèmes de dysfonctionnement relevés.
Tableau VII: Paramètres de fonctionnement de la station d'épuration
Paramètres Installation à Faible
charge
STEP
Sucrivoire
Cm (Kg DBO5 /kg
MVS.j)
0,1-0,2 0,19
Cv (Kg DBO5/
m3.j)
0 ,35-0,5 0,2
MVS (kg/m3) 3_4 1,4
Rendement
épuratoire en DBO5
(%)
90-97 50
Age des boues (j) ˃10 10
Temps de séjour
(h)
8_24 41,73
3.1. Temps de séjour
Le temps de séjour de la boue dans un clarificateur correspond au temps disponible pour la
sédimentation et l‟épaississement. La figure 24 montre le temps de séjour des boues
déterminé au niveau du clarificateur sur une période de trois mois.
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Figure 24: Temps de séjour des boues au niveau du clarificateur
La station fonctionne à faible charge (tableau 7), le temps de séjour recommandé pour ce type
de fonctionnement se situe entre 8 et 24 heures. Cependant, nos analyses montrent que le
temps de séjour de boues dans le clarificateur à une moyenne de 41,72 heures, avec un
maximum de 47,64 heures et un minimum de 32,30 heures. Ce temps de séjour est largement
supérieur à l‟intervalle recommandé pour une station fonctionnant à faible charge. Un temps
de séjour supérieur au temps nécessaire favorise une accumulation de boue au fond du
clarificateur. Aussi, selon Duchène (1994), des phénomènes de dénitrification dans le
clarificateur peuvent intervenir en cas de séjours prolongés des boues au fond d'ouvrage. Au-
dessus du temps de séjour maximum admis, les microbulles d'azote gazeux entraînent vers la
surface des particules de boues déjà décantées. On peut conclure à partir du temps de séjour
élevé de la station Sucrivoire une dénitrification au niveau du clarificateur.
3.2. Age des boues
C‟est le rapport entre la masse de boues présentes dans le réacteur et la masse de boues
extraites quotidiennement.
Les analyses réalisées pendant le diagnostic nous ont permis de déterminer l‟âge des boues.
Pour une installation à faible charge, l‟âge de boues recommandé est supérieur à 10 jours. Les
calculs donnent pour la station Sucrivoire 10 jours. Ce temps de séjour est acceptable
0
10
20
30
40
50
60
70
80
02/02/2017 02/03/2017 02/04/2017 02/05/2017
Ts
en H
eure
s
ts(h) Ts min (h) Ts max (h)
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4. Proposition de solutions et réévaluation de l’amélioration des performances de
la station d’épuration après la mise en œuvre des solutions
4.1. Au niveau de la station de relevage
Pour le bon fonctionnement de la station, il est impératif de faire remplacer les sondes
défectueuses et le disjoncteur de la station de relevage. En attendant, l‟opérateur de la station
d‟épuration devra actionner manuellement le disjoncteur de mise en marche de la pompe de
relevage pour améliorer le fonctionnement de la station de relevage.
4.2. Au niveau du réseau de collecte des eaux usées
Pour éviter les risques d‟obstruction du réseau de collecte, il est indispensable de curer tous
les regards ensablés et faire confectionner les fermetures étanches pour les regards ouverts.
4.3. Au niveau de la station d’épuration
Le dégrillage
On a remonté le capteur de niveau pour que le racleur ne se déclenche que lorsqu‟il y a des
déchets de refus au niveau du Dégrilleur. Aussi, le système d‟automatisme du dégrilleur a été
dépanné.
Le bassin d‟aération
La quatrième turbine d‟aération a été dépannée le 06 juin 2017. La sonde de mesure de la
quantité d‟oxygène n‟est pas encore réparée. La figure 25 montre les variations de la
concentration en MES dans le bassin d‟aération après le dépannage de la 4 ème
turbine.
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Figure 25 : Concentration en MES du bassin d'aération après le dépannage de la 4ème
turbine
Nous avons constaté qu‟après la mise en marche de la quatrième turbine d‟aération en la date
du 06/06/2017, la concentration en matières en suspension du bassin qui se situait autour de
1400 mg/ L (Figure 14) a considérablement augmenté au point d‟atteindre en moyenne 3000
mg/L (Figure 25)
Temps de séjour
La figure 26 ci-dessous montre l‟évolution du temps de séjour des boues dans le clarificateur
de mai à août 2017.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500[M
ES
] d
u B
ass
in d
'aér
ati
on
(mg
/L)
Mes bassin d'aération (mg/L) Limite inférieure
Limite supérieure
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Figure 26: Temps de séjour de mai à Août 2017
Le temps de séjour de mai à août 2017 se situe dans les l‟intervalle du temps de séjour
recommandé. Cette amélioration s‟explique par l‟augmentation du taux de recirculation se
rapportant au dépannage de la pompe de recirculation. Une amélioration similaire a été
rapportée par Duchène (1994) lors d‟une défaillance constatée du temps de séjour des boues
dans un clarificateur.
Par ailleurs le pont racleur a été dépanné peu après nos constats. A la suite de ces mesures
nous avons constaté qu‟il n‟y a plus de remontée de boues au niveau du clarificateur.
4.4. Optimisation de la consommation énergétique
L‟un des objectifs principaux de la politique environnementale et Sociale de Sucrivoire est
d‟optimiser l‟utilisation des ressources en eau et en énergie. C‟est dans cette vision que se
situe notre démarche qui consiste à réduire la consommation d‟énergie de la Step sans pour
autant compromettre l‟efficacité du traitement escompté.
Parmi les procédés de traitement des eaux usées urbaines, les stations d‟épuration à boues
activées ont une consommation énergétique importante (Konaté, 2016) .En effet, les
différentes étapes du traitement comportent plusieurs moteurs qui consomment de l‟énergie
pour fonctionner. Nous allons faire le bilan énergétique de la station d‟épuration et ensuite
optimiser leur consommation énergétique par une réduction.
Enfin, nous observerons l‟impact de cette réduction du temps de fonctionnement sur la qualité
du traitement.
0
5
10
15
20
25
30
Tem
ps
de
Sej
ou
r (h
eure
s)
Ts Ts min (h) Ts max (h)
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4.4.1. Bilan énergétique des appareils de la station d’épuration
La détermination de l‟énergie consommée par les différents appareillages s‟est faite à l‟aide
des informations disponibles sur les plaques signalétique et des informations reçues du service
énergie de l‟usine.
AU niveau du Clarificateur
Le tableau VIII montre les informations observées sur le moteur du clarificateur
Tableau VIII: Plaque signalétique du moteur du Clarificateur
Marque V Hz Tour/min kW Cos φ A
LEROY
SOMER
380
230
400
415
440
460
50
50
50
50
60
60
1380
1400
1400
1410
1690
1700
0,75
0,75
0,75
0,75
0,90
0,90
0,80
0,77
0,77
0,74
0,80
0,77
2,00
3,50
2,00
2,00
2,10
2,00
La tension de courant qui est délivrée aux moteurs de la Step est de 380 V.
L‟intensité fournie au clarificateur est de 1.28 Ampère (armoire électrique)
Calcul de la puissance active consommée par le clarificateur
P = U*I* 3*Cos φ
P=380*1,28*1,732*0,8
P=0,674 kW
L’énergie consommée en 24 h de fonctionnement = Puissance*Temps de fonctionnement
W=P*t avec t=24h
W=0.674*24=16.176 kWh
L‟énergie consommée par le clarificateur en un jour de fonctionnement est 16,17 kWh
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Au Niveau des Turbines Aérateurs
Le tableauIX donne les informations sur la plaque signalétique du moteur d‟une turbine
d‟aération
Tableau IX: Plaque signalétique du moteur d'une turbine d'aération
Marque V Hz Tour/min kW Cos φ A
SIEMENS 400/690 50 1455 5,5 0,84 10.8/6,24
Calcul de la puissance active consommée par le bassin d‟aération
P = U*I* 3*Cos φ
Chaque moteur des turbines d‟aération est traversé par une intensité de 10 Ampère. Pour une
turbine d‟aération on aura :
P=380*10*1,732*0,8
P=5,26 kW
L‟énergie consommée en 24 h de fonctionnement avec un Temps de fonctionnement 16h/j
est :
Energie consommée= Puissance utile*Temps de fonctionnement
W=P*t, on aura W=5,26*16 =84,24 kWh pour une turbine d‟aération
L‟énergie consommée pour les 4 turbines d‟aération sera en 1 jour : W=84,24*4=336,24
kWh
Au niveau de des Pompes de Recirculation clarificateur -bassin d‟aération et Remplissage
du silo à boues
Le tableau X donne les informations sur la plaque signalétique du moteur de la Pompe à
recirculation et de la Pompe du remplissage du silo
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P = U*I* 3*Cos φ
Tableau X: Plaque signalétique Pompe recirculation et Pompe remplissage silo à boues
Marque V Hz Tr.min-1
kW Cos φ A
LEROY
SOMER
230
400
450
50
50
60
1455
1455
1765
4
4
4
0,79
0,79
0,76
14,7
8,50
7,45
Puissance estimée 4 kW (plaque signalétique)
Energie consommée= P*t avec Temps de fonctionnement 24h
W=4*24
W=96 kWh
L‟énergie consommée en un jour de fonctionnement par la pompe recirculation et le
remplissage des silos à boues est 96 kWh.
Au niveau du dégrilleur
P = U*I* 3*Cos φ
Puissance estimée sur la plaque signalétique 0,18 kW
Energie consommée =Puissance utile* Temps de fonctionnement avec t= 6 h
W=0,18*6=1,08 kWh
L‟énergie consommée en un jour de fonctionnement par le dégrilleur est de 1,08 kWh
Le tableau XI donne la synthèse des consommations énergétiques par les différents moteurs
de la step en 24h et en une année
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Tableau XI: Energie consommée par les différents moteurs de la step en 24 h et en une
année
Moteurs Clarificateur Bassin
d‟aération Dégrilleur
Pompe
recirculation
et
Remplissage
du silo à
Boues
Energie
totale
Energie
consommée en
24 h de
fonctionnement
(kWh)
16,17 336,24 1,08 96 449,49
Energie
consommée en
365 jours de
fonctionnement
(kWh)
5902,05 122727,6 394,2 35040 164067,5
Energie totale= Energie clarificateur + Energie aérateur+ Energie Dégrilleur +Energie
recirculation et silos à boues
Energie totale journalière= 16,17+336,24+96+1,08= 449,5 kWh
Energie totale Annuel=5902,05+122727,6+394,2+35040= 164067,5 kWh
Calcul du coût annuel de la consommation énergétique
Coût annuel = Energie totale annuel*prix unitaire du kilowattheure
Coût annuel=164067,5*55,53
Coût Annuel=9.110.668,275FCA environ 9.110.669 FCA
L‟optimisation du rendement épuratoire de notre station à boues activées passe
nécessairement par une réduction des coûts d‟exploitation. Pour ce faire on a proposé de
réduire le temps de fonctionnement des turbines d‟aération dans un premier temps
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4.4.2. Consommation énergétique du bassin d’aération après réduction du temps de
fonctionnement
Le bassin d‟aération consomme 75% de l‟énergie fournie à la station d‟épuration. De ce fait,
la principale source de réduction de la consommation énergétique se fera au niveau du
traitement biologique (Muller et al., 1996). Les turbines sont en marche pendant 2 h de temps
d‟affilé ensuite, elles s‟arrêtent pendant 1h ce qui nous donne un temps de marche de 16 h sur
24h de fonctionnement. Pour réduire la consommation énergétique, nous allons réduire le
temps de marche des turbines de 15 minutes sur les 2 h 00. Ce qui nous donne 1h 45 minutes.
Pour une journée de fonctionnement, les turbines seront en marche que pendant 13 h 45
minutes au lieu de 16 heures.
Turbine Aération
Chaque moteur des aérateurs est traversé par une intensité de 10A.
La puissance active consommée par le bassin d‟aération sera :
P = U*I* 3*Cos φ
P=380*10*1,732*0,8=5,26 kW
Energie consommée= Puissance utile*Temps de fonctionnement
Temps de fonctionnement 13h 45 minutes en 24h de fonctionnement
W=P*t
W=5,26*13,45=70,747 kWh pour une turbine d‟aération
L‟énergie consommée pour les turbines d‟aération sera en 1 jour :
W=70,747*4=282,988 kWh.
L‟énergie consommée pour les turbines d‟aération sera en 365 jours :
W=282,988*365= 103290,62 kWh
Le tableau XII donne Energie Annuelle consommée par le bassin d‟aération en fonction du
temps de fonctionnement du bassin d'aération
Tableau XII: Energie Annuelle consommée par le bassin d’aération en fonction du
temps de fonctionnement du bassin d'aération
Temps
Energie
16 heures de temps de
fonctionnement
13 heures 45 minutes de
fonctionnement
Energie Annuelle
consommée par le bassin
d‟aération (kWh)
122727,6 103290,62
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L’énergie totale consommée par la Step en 24 h de fonctionnement avec réduction du
temps de fonctionnement du bassin d’aération
Energie totale= Energie clarificateur + Energie aérateur+ Energie Dégrilleur +Energie
recirculation et silos à boues
Energie totale= 16,17+282,988+96+1,08=396,238 kWh contre 449 kWh avec 16h de temps de
marche des turbines d‟aération.
L’énergie totale consommée par la Step en une année de fonctionnement avec réduction
du temps de fonctionnement du bassin d’aération
Coût= Puissance totale*Nombre de jours*Prix unitaire
Montant=396,238*365*55,53
Coût Annuel= 8.031.130.091 FCA contre 9.110.669 F FCA
Le tableau XIII montre le coût de la consommation énergétique de la station d‟épuration en
fonction du temps de fonctionnement des turbines d‟aération
Tableau XIII : Cout de la consommation énergétique de la Step en fonction du temps de
fonctionnement.
Energie (kWh) Coût de la consommation
Consommation énergétique
Annuelle de la Step avec 16h
de fonctionnement du bassin
d‟Aération
164067,5 9.110.669 F FCA
Consommation énergétique
Annuelle de la Step avec 13
h 45 minutes de
fonctionnement journalier du
bassin d‟aération
144626,87 8.031.131 F CFA
Marge 19440,63 1079538 FCFA
Avec la réduction du temps de fonctionnement de la turbine du bassin d‟aération, nous
économisons 19440,63 KWh pour un montant 1.079538 F FCA sur les frais d‟exploitation de
la Step. Nous allons chercher à déterminer si la réduction du temps d‟aération influe sur le
rendement épuratoire
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5. Caractérisation des performances épuratoires après réhabilitation de la Step
Après le diagnostic et la réhabilitation des ouvrages défectueux, l‟analyse des eaux brutes et
des eaux traitées a été faite. Les caractéristiques des effluents sont de même nature que ceux
analysés avant la réhabilitation.
5.1. Caractérisation des paramètres des paramètres de pollution des eaux usées brutes
et des effluents traités après réhabilitation sont données dans le tableau 14
Le tableau ci-après montre les caractéristiques des effluents à l‟entrée et à la sortie de la
station d‟épuration.
Tableau XIV: Paramètres physico-chimiques de Février à Avril 2018
Paramètres Moyenne Minimum Maximum Ecart-type
Nombre
d'échantillons
DBO5 entrée (mg/L) 241,15 112 350 45,92 26
DBO5 sortie (mg/L) 20,20 8,29 36 4,62 26
DCO 399,21 235,3 52,25 63,15 26
DCO sortie (mg/L) 33,21 15 48,9 6,66 26
MES entrée (mg/L) 244,81 158 355,2 48,34 26
MES sortie (mg/L) 10,92 5 22 3,54 26
Azote Total entrée
(mg/L) 43,73 30,12 49,6 3.31 26
Azote Total sortie
(mg/L) 3,56 1,2 1961 0,32 26
Nitrates entrée
(mg/L) 1,585 1 2,1 0,32 26
Nitrates sortie (mg/L) 38,79 24,42 48,07 4,56 26
Phosphates 6,91 4,36 9 0,867 26
Phosphore Total 11,01 9 13 0,985 26
Potassium entrée
(mg/L) 11,54 6,6 18,6 2,76 26
Potassium sortie
(mg/L) 8,30 2,5 15,6 2,47 26
Ph entrée 7.36 6.8 7.8 0,26 26
Ph sortie 7,17 6,5 7,7 0,23 26
Température entrée
(°C) 26,43 28,7 23 1,05 26
Température sortie
(°C) 22,66 20 26 1,5 26
Conductivité entrée
(µS/cm) 742,761 682 803 26,9 26
Conductivité sortie
(µS/cm) 649 496 6,36 26
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La concentration moyenne en MES dans les rejets s‟élève à 10,92 mg/L pour un flux entrant
de 117,5 kg/J. Celle de la DCO est de 33,21 mg/L avec un flux de 191,62 kg/J. La
concentration DBO5 a une concentration moyenne de 20,20 mg/L dans les rejets de la step
pour un flux de 115,752 kg/J. Ces concentrations en MES, DCO et DBO5 à la sortie de la Step
sont bien conformes par rapport aux normes de rejets rejet recommandées en Côte d‟Ivoire
par l‟Arrêté n°01164/MINEEF/CIAPOL/SDIIC du 04 Novembre 2008.
5.2. Les Performances épuratoires des paramètres de pollution après la mise en œuvre
des solutions proposées
Pour évaluer l‟impact de la réhabilitation sur les paramètres de pollution, nous avons
déterminé le rendement d‟épuration.
La figure 27 montre les rendements épuratoires des paramètres de pollution avant et après la
réhabilitation.
(a) (b)
Figure 27 : Rendement des paramètres de pollution avant et après la réhabilitation
Sur la figure de gauche (a) de gauche les rendements calculés avant la réhabilitation, pour les
MES, la DCO et la DBO5 (en bleu) étaient respectivement 67%, 50% et 51%. Ces résultats
étaient inférieurs au rendement minimum recommandé (en rouge) selon la norme ivoirienne.
Après la réhabilitation, sur la de droite, le rendement moyen des matières en suspension est de
94%, celui de la DCO est de 91% et pour la DBO5 91%. L‟on remarque que ces rendements
0.00%
20.00%
40.00%
60.00%
80.00%
100.00%
MES DCO DBO5
Re
nd
em
en
t
Rendement d'épuration Rendement minimum
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
rMES rDCO Rdbo5
Re
nd
em
en
t
Rendement (%) Rendement minimum (%)
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moyens (en bleu) sont supérieurs au rendement minimum recommandé selon l‟Arrêté
n°01164/MINEEF/CIAPOL/SDIIC du 04 Novembre 2008.
L‟augmentation des rendements s‟explique par la réhabilitation des ouvrages défectueux. En
effet, le dégrilleur qui ne retirait plus les déchets solides a été remis en état de marche,
l‟aérateur de surface qui était à l‟arrêt a été dépanné. La mise en marche de la quatrième
turbine a favorisé le mélange homogène de l‟eau à traiter et une meilleure oxygénation du
bassin . Le moteur du pont mobile du clarificateur a été également remis en fonctionnement.
Ces rendements sont comparables à ceux obtenus par Souha et Sekrane (2017) sur la station
d‟épuration de Ain El Hadjar, qui a été réhabilitée en 2002, et depuis les performances
épuratoires respectent la norme Algérienne.
Les rendements épuratoires du Nitrate,
Le rendement du nitrate est -0,96 %. Ce rendement traduit une quantité importante d‟oxygène
dans le bassin d‟aération. Aussi, la concentration en entrée du nitrate est inférieure à celle de
sortie, ce qui est naturel dans une eau domestique (Mercoiret, 2010) L‟oxygène favorise
l‟oxydation de l‟ammonium au niveau du bassin d‟aération. Ce rendement est différent de
celui obtenu par Souha et Sekrane (2017) sur la station de Ain El Hadjar.
Conclusion partielle
Les performances épuratoires de la station d‟épuration en DBO5, DCO et les MES de février à
Juin 2017 étaient faibles par rapport au rendement minimum recommandé. Après la
réhabilitation des appareils défectueux, les performances épuratoires ont été améliorées.
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CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS
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L‟étude que nous avons réalisée sur la station d‟épuration à Boues activées de Sucrivoire avait
pour but d‟améliorer le fonctionnement de la station d‟épuration à partir de son diagnostic qui
nous a permis d‟identifier les principaux dysfonctionnements rencontrés sur la station.
Le diagnostic a été effectué à partir de l‟observation des différents ouvrages se rapportant à la
station d‟épuration et à la caractérisation des effluents. De façon générale, il en ressort que le
dégrilleur, le bassin d‟aération et le clarificateur ne fonctionnaient pas correctement. Une
remontée de boue s‟observait au niveau du clarificateur Aussi, les rendements épuratoires de
la DBO5, la DCO et des MES respectivement de 51% ,50% et 67 % ne respectaient pas les
rendements minimum recommandés selon la norme ivoirienne. De même, dans les rejets, la
concentration des MES et de la DBO5 ne respectaient pas la norme. La détermination des
paramètres de fonctionnement de la station montre que le temps de séjour, et l‟âge des boues
ne correspondaient pas à ceux d‟une station fonctionnant à faible charge à cause des
dysfonctionnements.
Après ces constats, des solutions techniques et économiques ont été proposées. En effet, tous
les ouvrages et moteurs qui ne fonctionnaient pas correctement ont été remis en état de
fonctionnement . Le temps de fonctionnement des aérateurs a été réduit de 15 min avec une
amélioration de la qualité des effluents traités. Avec cette réduction, le cout de
fonctionnement annuel de la Step est passé de 9.110.669 FCFA à 8.031. 131 FCFA.
Après la réhabilitation des ouvrages, les rendements de la DBO5, la DCO et des MES sont
passés à 91%,91% et 94% et leur concentration dans les effluents de sortie respectent les
normes ivoiriennes des rejets d‟eaux usées traitées
Cependant, pour maintenir un traitement respectant les normes de rejet, nous formulons les
recommandations suivantes pour la gestion de la station d‟épuration
-Faire des contrôles réguliers sur l‟état des ouvrages
-Se procurer de matériels de secours dans le cas où des pannes surviendraient tels que :
groupes électrogènes pour maintenir l'insufflation d'air ou le brassage, pompes et moteurs,
turbines d'aération
-Effectuer les analyses des paramètres de pollution au moins deux fois/semaine
-
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-Remplacer la sonde à oxygène
- Evacuer les boues rapidement vers le site stockage après les avoir mises en sac
-Renforcer la recharge en sable sur les lits de séchage
-Analyse complète des boues en vue d‟une utilisation valorisation
-Recruter un technicien électro-mécanicien et un ingénieur en eau et assainissement pour la
gestion de la station d‟épuration
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Sperling, M. (2005). Biological Waste Water Treatment in Warm Climate.
Sucrivoire (2015). Archives Sucrivoire.
Diagnostic des dysfonctionnements de la station d‟épuration à boues activées Sucrivoire
Borotou-Koro (Côte d‟Ivoire) et proposition de solutions
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ANNEXES
Annexe 1 : Protocole d’analyse MES
Homogénéiser vigoureusement l‟échantillon jusqu‟à ce que les particules déposées
au fond de la bouteille remontent à la surface.
Mettre 20 ml d‟eau distillé dans la cuve, c‟est le blanc de la lecture.
Mettre rapidement 20 ml de l‟échantillon dans une cuve.
Allumer le spectrophotomètre.
Appuyer sur l‟icône programme favoris
Appuyer sur l‟icône Solides en Suspension
Introduire le blanc dans le compartiment des cuves du spectrophotomètre
Appuyer sur l‟icône Zéro pour faire le zéro (l‟écran affiche 0 mg/L)
Retirer le blanc
Introduire dans le compartiment des cuves, la cuve contenant l‟échantillon d‟eau à
analyser. Fermer le couvercle.
Appuyer sur Mesure.
La valeur affichée est en mg/L de MES
L‟analyse des Matières en Suspension concernent l‟entrée, la sortie de la Step, le bassin
d‟aération, la boue ré-circulée. L‟analyse s‟est faite à l‟aide du spectrophotomètre DR
3900.Ils ont été mesuré à partir de l‟échantillon composite. Les échantillons sont mis dans une
fiole de 20 ml pour la lecture. Le mode opératoire est détaillé en Annexe1.
Spectrophotomètre DR 3900 et les différents échantillons d'analyse
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Annexe 2 : Protocole d’analyse du pH
Mettre en marche le pH mètre.
Prélever la quantité nécessaire d‟échantillon à analyser.
Laisser refroidir l‟échantillon à environ 20°C -25°C.
Nettoyer les électrodes à l‟eau distillé puis rincer avec l‟échantillon à analyser.
Plonger l‟électrode dans l‟échantillon à analyser.
Faire la lecture après la stabilisation de la valeur indiquée à l‟écran de l‟appareil.
Rincer abondamment les électrodes dans l‟eau distillée.
Eteindre l‟appareil.
.
PH-mètre Knick 765 Calmatic
Annexe 3 : Protocole d’analyse Conductivimètre
Mettre en marche le conductivi- mètre.
Prélever la quantité nécessaire d‟échantillon à analyser.
Laisser refroidir l‟échantillon à environ 20°C -25°C.
Nettoyer les électrodes à l‟eau distillé puis rincer avec l‟échantillon à analyser.
Plonger l‟électrode dans l‟échantillon à analyser.
Faire la lecture après la stabilisation de la valeur indiquée à l‟écran de l‟appareil.
Rincer abondamment les électrodes dans l‟eau distillée.
Eteindre l‟appareil.
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Les mesures ont été faites à l‟entrée et à la sortie de la Station. Le mode opératoire est
décrit à l‟Annexe3.
Le Conductivimètre
Annexe 4 : Protocole d’analyse DCO
Préparation de l‟échantillon : Les échantillons d‟effluents et d‟eaux usées pouvant contenir
des matières non dissoutes ou particulaires, procéder à une homogénéisation de l‟échantillon
en le plaçant sous l‟agitateur à hélice pendant 30 secondes, afin d‟améliorer l‟exactitude et la
reproductibilité du test. Ensuite, effectuer l‟analyse comme suit :
1°) Allumer le thermo-réacteur Eco 8, régler le contrôle de la température à 150 °C et
le temps de marche à l‟infini, puis placer l‟écran de sécurité en position ; laisser le
thermo-réacteur chauffé jusqu'à la température de 150 °C (indiquée par une alarme
sonore de l‟appareil pendant 5 secondes) ;
2°)- Préparer le tube échantillon comme suit : secouer vigoureusement le pot
d‟échantillon pour mettre en suspension tous les sédiments ; retirer le capuchon d‟un
tube test et ajouter 2 ml d'échantillon à l‟aide d‟une pipette graduée de 2 ml ;
3°) - Replacer le capuchon hermétiquement et inverser le tube test doucement pour
mélanger son contenu (le tube devient chaud lors du mélange) ; s‟assurer que tout le
précipité est en suspension avant de continuer ; étiqueter le tube en utilisant les
étiquettes fournies dans le pack de réactifs et le placer dans le thermo-réacteur ;
Vérifier que l'écran de sécurité est en position ;
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4°) - Préparer un tube témoin en répétant les étapes 2 et 3 et en utilisant 2 ml d'eau
désionisée ou distillée à la place de l'échantillon. Cette étape peut être omise si un tube
blanc de réactif approprié est déjà disponible (le tube blanc de réactif peut être préparé
chaque semaine et utilisé à plusieurs reprises avec tous les échantillons préparés à
partir du même lot de tubes réactifs. Le tube témoin doit être stockée dans l'obscurité,
par exemple dans l'emballage d'origine entre l'utilisation) ;
6°) Enlever soigneusement chaque tube, inverser doucement pour les mélanger ;
7°) Laisser refroidir les tubes à température ambiante ;
8°) Sélectionnez Phot 82 sur le photomètre Palintest 7500 ;
9°) Essuyer le tube témoin, l‟insérer dans le porte-tube du photomètre pour faire le
zéro de l‟appareil lorsque celui-ci affiche « insérer témoin », puis appuyer sur le
bouton « Ok » ;
10°) Essuyer le tube échantillon, l‟insérer dans le porte-tube du photomètre pour la
lecture de l‟échantillon lorsque l‟appareil affiche « insérer l‟échantillon » et appuyer
sur le bouton « Ok » ;
11°) Noter le résultat affiché en mg/l O2.
NB : Faire une dilution lorsque les valeurs lues sont supérieures à 2000 mg/l O2.
Matériel
Thermo-réacteur Eco 8 Velp Scientifica
Photomètre Palintest 7500
Agitateur à hélices RW16 basic Ika®-Werk
Pipette graduée 2 ml
Réactifs
- Tube tests DCO de 50 à 2000 mg/l O2
-De l‟eau désionisée ou distillée
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Photomètre Palintest 7500 et le thermoréacteur Eco 8
Annexe 5 : Protocole de détermination du volume décanté en 30 minutes
Matériel
Eprouvette de 1000 ml
Support horizontal
Chronomètre
Prélever un échantillon de boue homogène et représentatif du bassin d‟aération (de
préférence en sortie du bassin, l‟aérateur étant en fonctionnement depuis ¼ d‟heure)
et un échantillon d‟eau clarifiée (éviter les flottants) pour les éventuelles dilutions.
Remplir une éprouvette avec un litre de boue remise en suspension.
Agiter l‟éprouvette vigoureusement de bas en haut sans perdre du mélange (obturer
avec la paume de la main protégé avec du parafilm ou un gant).
Poser l‟éprouvette sur un plan horizontal stable non soumis à des vibrations, à
l‟ombre pour éviter l‟augmentation de la température et déclencher la minuterie.
Après 30 minutes, noter le niveau du voile de boue (interface boue-eau) dans
l‟éprouvette. Cette valeur notée VD30, doit impérativement être comprise entre 100 et
300 ml. Dans le cas contraire, vider l‟éprouvette, la rincer et introduire 500 ml de
boue et d‟eau clarifiée ce qui correspond à une dilution au ½ et suivre la procédure à
partir du point 3.
Les étapes 3 à 5 doit être refaites avec des dilutions plus importantes (1/4de boue, 1/5…)
jusqu‟à obtenir les conditions de validité du test (entre 100 et 300 ml de volume décanté après
30 minutes).
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Annexe 6: Caractéristiques physico-chimiques à l'entrée et à la sortie de la Step