Performances de la dégradation de la matière organique par lagunage aéré dans la station d’épuration des eaux usées d’Oujda (Maroc oriental)

A.Rassam1, A. Chaouch1, B. Bourkhiss1et M. Bourkhiss2

1Laboratoire de Biotechnologie, environnement et qualité, Faculté des Sciences, Université Ibn Tofail, B.P 133 14 000 Kénitra, Maroc.

2Département de Physique-Chimie, Centre Régional des Métiers de l'Education et de la Formation (CRMEF), BP 255 50 000 Meknes, Maroc.

Résumé :

Au Maroc, comme dans tous les pays en développement, l'assainissement et le traitement des eaux usées constituent certainement l'un des plus grands problèmes environnementaux. L'absence de réseau public, le manque des stations d'épuration, l'absence du contrôle et de sensibilisation à l'environnement contribuent à la propagation des maladies, la dégradation du paysage et de la contamination des eaux superficielles et souterraines. Actuellement, le Maroc produit environ 600 ³ mm / an (900 Mm ³ / an en 2020), et rejette plus de 50% des eaux usées non traitées dans la côte, sont utilisés directement pour l'irrigation sans traitement.

Les eaux usées sont considérées comme les principales sources de pollution pour les eaux souterraines et de surface.

Le traitement des eaux usées domestique au Maroc par lagunage aérée présente une parmi les solutions très efficaces préférées économiquement et au niveau performance. La station d'épuration de la ville d’Oujda est en exploitation depuis Janvier 2010 pour en évaluer les performances du système en termes de rendement d'élimination pour le système étangs aérés. Cette étude tente de mettre en évidence les facteurs menant à l'accomplissement adéquat des stations d'épuration pour éliminer les matières organiques, solides et des nutriments. L'efficacité des différentes étapes du processus de traitement et de la performance globale de l'usine a été démontrée

Collecte et analyse des données a révélé une efficacité d'élimination constamment de la demande chimique en oxygène (DCO), demande biochimique en oxygène (DBO5), le total des solides en suspension (MES) et l’azote Kjeldal (NTK).

L'analyse des données a montré que le rendement du système combiné a atteint respectivement 82%, 87%, 85%, 90% et 29% de la DCO, DBO5, MES et TKN, avec des concentrations de rejet de 106 mg / l de la DCO, 50 mg / l de DBO5, 67 mg / l de MES et 52,7 mg / l de la NTK.

L’analyse bactériologique montre une pollution fécale d’origine humaine et le rendement d’abattement des germes fécaux et des germes pathogènes est de l’ordre de 100%.

Mots-clés : lagune aéré, COD, Station d'épuration, DBO5, Eaux usées, Oujda.

Abstract :

In Morocco, as in all developing countries, sanitation and sewage treatment constitute certainly one of the biggest environmental problems. The lack of public network, lack of waste water treatment plants, and absence of control and of environmental awareness contribute to the spread of diseases, the degradation of landscape and the contamination of surface and groundwater. Currently, Morocco produces about 600 Mm³ / year (900 Mm³ / year in 2020), and discharges more than 50% of the untreated waste water in the coast or used directly for the irrigation without treatment.

Wastewater is considered the primary sources of pollution for the ground water and surface water. Wastewater treatment by aerated lagoon is considering one of the important economic and with high performance solution in Morocco. The Wastewater Treatment Plant in Oujda is in operating from January 2010 and to evaluate to assess the system performance in term of removal efficiency for the Aerated Lagoon system. This study attempts to highlight the factors leading to the adequate performance of WWTP Oujda in removing organic matter, solids and nutrients. The efficiency of the different stages of the treatment process and the overall plant performance has been demonstrated.

Collection and analysis of data revealed a constantly removal efficiency of chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD5), total suspended solids (TSS) and nutrient (NTK).

Analysis of data showed that the combined system removal reached respectively 82%, 87%, 85%, 90% and 29% of the influent COD, BOD5, TSS and TKN, with an effluent concentrations of 106 mg/l of COD, 50 mg/l of BOD5, 67 mg/l of MSS and 51,7 mg/l of TKN.

Biological analysis showed that the fecal pollution of this wastewater is human originate and that the reduction efficiency of fecal germs and pathogen germs is 100%.

Keywords: Aerated Lagoon, WWTP, COD, BOD5, Waste Water, Oujda.

1. Introduction

Le secteur de l’assainissement liquide au Maroc souffre d’un retard au niveau des infrastructures de base. A cet effet, le Ministère de l’Intérieur et le Ministère de l’Aménagement du Territoire, de l’Eau et de l’Environnement ont formé une commission conjointe pour mettre au point un Plan national de l’assainissement liquide et d’Epuration des eaux usées. Les principaux objectifs de ce plan sont les suivants:

Rattraper le retard dans le domaine de l’assainissement et de l’épuration des eaux usées;

Réduire la pollution engendrée par les eaux usées d’au moins 60%;

Atteindre un taux de raccordement global au réseau d’assainissement de 80% en milieu urbain.

La capacité de traitement de la station d’épuration de la ville d’Oujda est estimée à 500.000 équivalents habitants, soit environ 40.000 m3/j des eaux usées. La technologie utilisée est le lagunage aéré suivie d’un traitement tertiaire qui n’est pas encore opérationnel. Les boues produites seront déshydratées dans des lits de séchage. En plus de réduire la pollution engendrée par les eaux usées, l’objectif de traitement est réutilisation des eaux clarifiées en agriculture.

2. Matériel et méthodes 

2.1. Description du système d’épuration

2.1.1 Présentation de la station d'épuration d’Oujda

La station d'épuration des eaux usées de la ville d’Oujda (Maroc oriental) est située à 7 Km au Nord de la ville. Elle comprend 12 bassins de lagunage aérés et bassins anaérobies, avec 8 bassins de maturation en série. Elle est destinée à l'assainissement collectif des eaux usées domestiques et industrielles de la dite ville.

Figure 1 : Station d’épuration des eaux usées d’Oujda

1- Bassins anaérobies 3- Bassins de maturation 5- Lits de séchage2- Bassins aérés 4- Bassins aérés

2.2.1 Paramètres et méthodes analytiques

Durant la période d’étude, il a été adopté un échantillonnage composite et des mesures hebdomadaires. Les échantillons sont prélevés à l'entrée et à la sortie de chaque ouvrage de traitement.

Les paramètres physico-chimiques (T°, pH, 02 dissous) ont été mesurés in situ au moyen d'une sonde multi paramètres sur des échantillons ponctuels prélevés 3 fois au cours de la journée (entre 6h30 et 7h30 le matin, entre 12h30 et 13h30 à midi et entre 16h30 et 17h30). Les paramètres de pollution organique (les MES, la DB05, la DCO) ont été mesurés sur des échantillons composites journaliers et de la filière au cours de la journée. La demande biologique en oxygène à 5 jours a été mesurée par la méthode manométrique basée sur le principe de Wargurg. La demande chimique en oxygène a été analysée par oxydation en excès au dichromate de potassium à chaud (150°C) pendant 2h en milieu acide (méthode AFNOR). Pour les matières en suspension, la méthode utilisée a été celle de la pesée différentielle avec séparation directe par filtration sur des filtres GFC et séchage du résidu pendant 1h30mn à 105°C dans une étuve (AFNOR, T90-105). L’azote Kjeldal est mesuré sur des échantillons bruts par la méthode colorimétrique au moyen du Spectrophotomètre (HACH DR/2010).

L’étude des paramètres bactériologiques a porté sur la quantification des paramètres d’origine fécale : coliformes fécaux (CF). Coliformes totaux (CT) et streptocoques fécaux (SF). Les prélèvements ont été effectués avec une fréquence mensuelle. Le dénombrement des CF et SF a été effectué selon la méthode indirecte de fermentation en tube multiple dans un bouillon lactosé, le nombre a été ensuite déduit statistiquement suivant la méthode du nombre le plus probable (Rodier, 1984). Concernant les germes pathogènes, seuls les salmonelles et les staphylocoques ont été déterminés, étant donné le risque épidémiologique associé à leur présence dans l’eau destinée à la réutilisation. Le dénombrement des staphylocoques a été réalisé sur milieu Chapman. La recherche des salmonelles a été effectuée selon la méthode simple de préenrichissement sur bouillon au sélénite. L’isolement a été ensuite effectué sur de la gélose au désoxycholate citrate lactosée (DCLS) (Rodier, 1984). Les colonies typiques ou suspectes ont été identifiées par les tests biochimiques.

3. Résultats et discussion

Paramètres majeurs

La moyenne des températures enregistrées au niveau de la station d’épuration des eaux usées de la ville d’Oujda (figure 1) est inférieure à 30 °C qui est une valeur considérée comme limite de rejets directs dans le milieu récepteur [1]. De même, cette valeur est inférieure à 35 °C considérée comme valeur limite indicative pour les eaux usées destinées à l’irrigation des cultures [1].

Figure 2 : Valeurs moyennes des températures en C°

Figure 3: Valeurs moyennes des pH

L’évolution du pH à l’eau usée brute et de l’eau traité à la station d’épuration des eaux usées d’Oujda varie relativement entre 8 et 8,4 (figure 3), ces valeurs sont presque similaire à ceux trouvés à la ville de Kenitra et la ville de Mechraa Belksiri [2] et [3], ces valeurs se situent dans l’intervalle des normes marocaines de qualité des eaux destinées à l’irrigation et dans l’intervalle des limites de rejets directs qui est compris entre 6,5 et 8,5 [1].

Figure 4: Valeurs moyennes de l’oxygène dissous

La moyenne des teneurs en oxygène dissous à l’entrée de la station est de l’ordre de 0 mg/l. la teneur de l’O2 dissous à la sortie de la station est d’environ 5,5 mg/l (figure 4), ce qui rend les eaux clarifiées sursaturées.

Paramètres globauxLa matière en suspension (MES) qui représente les particules minérales et organiques continues dans l’effluent.

Figure 5: Valeurs moyennes des teneurs et les rendements épuratoires en MES

L'analyse des résultats montre que la valeur moyenne de la MES à l’entrée de la station d’épuration d’Oujda est de l'ordre de 655 mg/l (figure 5), ces résultats sont inférieurs à ceux trouvés à Sanaa (Yèmen) (813,5 mg/l) [4], plus ou moins similaire avec ceux trouvés à Kenitra [2] et supérieures à ceux rencontrés à Marrakech (194,34 mg/l) [6] et (167,2 mg/l) [5] et à Souk Elarba du Gharb (224,25 mg/l) [7].

La concentration moyenne de la MES à la sortie est de l’ordre de 67 mg/l, cette valeur est largement inferieur aux normes marocaine de rejet indirect (600mg/l) et aux normes des eaux destinées à l’irrigation (2000mg/l), par contre cette valeur est légèrement supérieur à la concentration des normes marocaines de rejet direct (50 mg/l) [1].

Le rendement d’abattement des bassins de traitement de la station d’épuration en MES est de 88%.

Figure 6: Valeurs moyennes des teneurs et les rendements épuratoires en DCO

Les valeurs de la DCO enregistrées à l’entrée de la station d’Oujda est de l’ordre de 1091 mg d'O2/l (figure 6).L’analyse montre que ces valeurs sont inferieurs à celles trouvées à Sanaa (Yémen) (1888,53 mg/l) [4] et à Marrakech (2983 mg/l) [8]. En revanche, elles sont supérieures à celles trouvées à Ouarzazate (571,3 mg/l) [9], Kenitra (500,7 mg/l) [2], et à Souk Elarba du Gharb (235,2 mg/l) [7].

La concentration des eaux clarifiées en matière de la DCO est de l’ordre de 106 mg/l qui est inférieur aux normes de réutilisation des eaux destinées à l’irrigation et les normes de rejet direct (500 mg/l) [1]. Le rendement d’abattement de la DCO est de 89%, cette valeur est supérieure à celle enregistrée dans la station d’épuration de la ville de Ouarzazate [9],

Figure 7: Valeurs moyennes des teneurs et les rendements épuratoires en DBO5

Les analyses des concentrations de la DBO5 de l’eau brute à l’entrée de la station à aboutit à une moyenne de 511 mg /l (figure 7). Cette dernière est supérieure à celle trouvée à Marrakech (240 mg /l) [8], et à Souk Elarba du Gharb (162,08 mg/l) [7] et à Kenitra (335,5 mg/l) [2]. En revanche, elle est inférieure à celle trouvée et à Sanaa (Yémen) (1137 mg/l) [4].La teneur moyenne de la DBO5 de l’eau clarifié à la sortie de la Station d’Oujda est de l’ordre de 50 mg/l, cette teneur est largement inférieure aux normes marocaines de rejet direct et celle des eaux destinées à l’irrigation [1].

Le taux de réduction de la DBO5 est de 90%, cette valeur est due la performance des bassins de dénitrification et de nitrification. Ce rendement est supérieur à celui enregistré dans lastation de traitement d’Ouarzazate [9].

Paramètres majeurs

Figure 8.Valeurs moyennes des teneurs et les rendements épuratoires en NTK

La moyenne des teneurs des NTK des eaux usées brut d’Oujda est de l’ordre 72,8 mg/l, cette valeur est extrêmement supérieure à celle trouvée à Kenitra [3]. La concentration des NTK enregistrée à la sortie de la station est de 51,74 mg/l, cette teneur moyenne est légèrement supérieure à la norme marocaine des rejets directs [1]. Le rendement épuratoire en matière des NTK ne dépasse pas 30% qui est faible par rapport au rendement au niveau de la station d’épuration de Ben Slimane [15].

Les résultats des analyses bactériologiques à l’entrée de la station d’épuration révèlent la présence des germes indicateurs de contamination fécale ainsi que certains germes pathogènes. La charge moyenne en coliformes totaux (CT) est de 2,9 108 germes / 100ml. Pour les coliformes fécaux (CF) les valeurs moyennes sont de 3 107 germes / 100ml. Les staphylocoques fécaux (SF) représentent 4,3 106 germes / 100ml.Le rapport CF/SF est supérieur à 1, ce qui signifie que la pollution fécale des eaux usées d’Oujda est d’origine humaine.

Pour les germes pathogènes, l’analyse biochimique a permis d’identifier 5 Salmonella. Par ailleurs la présence des staphylocoques a été décelée avec une fréquence de 75%.

A la sortie de la station, la concentration moyenne des (CT), des (CF) et des (SF) sont 300 germes/100ml. Les germes pathogènes sont absents à la sortie de la station. Ces valeurs sont comparables à celles trouvées dans les stations d’épuration de Ben Slimane et de Drargua [15], ces valeurs ne dépassent pas la norme marocaine des eaux destinées à l’irrigation [1].

4. Conclusion

L’examen des résultats d’analyse des paramètres physico-chimiques de la station d’épuration des eaux usées de la ville d’Oujda montre que la MES, la DCO et la DBO situent ces eaux usées dans la tranche de concentration élevée d’après Metcalf et Eddy [16]. Ceci est lié à la faible dilution de la matière organique en raison de la concentration plus ou moins limités d’eau par habitant en comparaison avec les pays développés.

Les rendements d’abattement des paramètres globaux sont supérieur à 88% et de paramètres majeurs de l’ordre de 29%, quant aux germes indicateurs de contamination fécale et des germes fécaux, l’abattement est de l’ordre de 100%, cette valeur montre une grande performance épuratoire de la station du au bon dimensionnement des bassins, des systèmes d’aération et l’adaptation des micro-organismes biodégradeurs de la matière organique.

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