EVALUATION DES PERFORMANCES EPURATOIRES DU SYSTEME …

Institut International d’Ingénierie, Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou 01 - BURKINA FASO Tél. : (+226) 25. 49. 28. 00 - Fax : (+226) 25. 49. 28. 01 - Mail : [email protected] - www.2iE-edu.org

MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR 2IE AVEC GRADE DE

MASTER EN EAU ET ASSAINISSEMENT

SPECIALITE : Qualité Sécurité Hygiène et Environnement

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Présenté et soutenu publiquement le [Date] par

Rhadya ALASSANE (N° :20150076)

Directeur de mémoire : Prof. Harouna KARAMBIRI, Professeur titulaire à 2iE

Encadreur interne : Dr Seyram SOSSOU, Enseignant-chercheur à 2iE

Encadreur externe : M. Abdoul-Raïmi BOUARI, Ingénieur à la Brasserie BB Lomé S.A

Structure d’accueil : Brasserie BB Lomé SA

Jury d’évaluation du stage :

Président : Prof Yacouba KONATE

Membres et correcteurs : Dr. Boukary Sawadogo

Dr. Seyram SOSSOU

Promotion: 2017-2018

EVALUATION DES PERFORMANCES EPURATOIRES DU

SYSTEME UASB DE TRAITEMENT DES EAUX USEES

INDUSTRIELLES DE LA BRASSERIE BB LOME S.A AU TOGO

ALASSANE RHADYA /MASTER II -2IE/EAU ET ASSAINISSEMENT/ 2018-2019 I

ALASSANE RHADYA /MASTER II -2IE/EAU ET ASSAINISSEMENT/ 2018-2019 II

DEDICACE

Je dédie ce travail à :

A mes parents, ma famille pour leur amour, leur patience et leurs efforts entrepris,

Merci de m’avoir soutenu de façon inconditionnelle

ALASSANE RHADYA /MASTER II -2IE/EAU ET ASSAINISSEMENT/ 2018-2019 III

REMERCIEMENTS

J’exprime mes reconnaissances à tous ceux qui ont contribué à la réussite de mon parcours.

Je serai toujours reconnaissante envers le personnel de 2IE, dont l’efficacité m’a permis et

me permettra de faire partie des bâtisseurs de ce monde.

Je tiens également à exprimer ma sincère reconnaissance au directeur Adjoint de la

Brasserie BB Lomé SA, Monsieur Thierry FERAUD, a la directrice des ressources humaines

Madame Efoua JOHNSON et à Monsieur Constantin CLEANIS directeur technique pour m’avoir

autorisé à effectuer mon stage au sein de la structure.

Aussi je tiens à remercier particulièrement le professeur Harouna KARAMBIRI pour sa

direction.

Au Docteur Seyram SOSSOU 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.

Je tiens à remercier particulièrement l’ingénieur Abdoul-Raïmi BOUARI, mon encadreur

à la Brasserie 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 Monsieur Abdoul Bachir SANOUSSI, un grand merci pour le soutient tout au long de mon

stage

Merci à Roland GNOFAM, Eyabonam AGNENDA pour avoir partagé leur savoir-faire et

avoir enrichi mes connaissances en laboratoire. Alfred était toujours enthousiaste de me voir arriver

à la STEP à 6h du matin lorsqu’il entamait son circuit de prélèvement,

A Koami AGOUZI, Nalim TCHALO, Kpante NAKPANE, Adoun KOUDADJE, et enfin

Quam VIGNIHO merci pour cet accueil chaleureux.

Je profite par cette occasion de remercier Jabbar TCHA-COROUDOU, mes amis et collègues

de la promotion 2015-2018 pour leur soutien et leur encouragement.

Enfin, que toute personne ayant contribué de près ou de loin à l’élaboration de ce travail,

puisse trouver ici l’expression de mes sincères remerciements

ALASSANE RHADYA /MASTER II -2IE/EAU ET ASSAINISSEMENT/ 2018-2019 IV

RESUME

La Brasserie est généralement une industrie génératrice d’importantes quantités d’eaux usées

très chargées en matière organique et réfractaire dues aux produits utilisés dans les processus de

fabrication ou de maintenance. L’élimination de cette pollution requiert la mise en place de système

de traitement des effluents performants. Il a été mis en place un réacteur à lit de boues anaérobie à

flux ascendant (UASB) qui est un système de traitement biologique anaérobie qui devrait être

simple à utiliser lorsqu’il est bien conçu. L’objectif général de cette étude est de contribuer à

l’amélioration de la gestion des eaux usées industrielles de la Brasserie Lomé du Togo en décelant

les éventuels points de dysfonctionnement afin d’y apporter des solutions de remédiation. Pour ce

faire il a été élaboré une démarche méthodologique base essentiellement sur le diagnostic du réseau

de collecte et de traitement des eaux usées, une évaluation du fonctionnement et de la performance

épuratoire de la Station d’épuration. Les résultats qui en découlent présentent des rendements

épuratoires plutôt satisfaisants allant de 48 % des matières en suspension (MES), 80% d’abattement

en demande chimique en oxygène (DCO) et 99,31% la demande biologique en oxygène

(DBO5).Afin d’affiner ce résultat et de répondre aux normes de rejet de OMS il a été proposé la

conception d’une station a boue active complémentaire à la phase anaérobie présente .Cette station

sera composé d’un bassin d’aération de volume de 1500 m3,d’un clarificateur de volume 200m3

et d’un épaississeur de volume 87m3.

Mots Clés :

1 – Eaux usées

2 - UASB

3 – digestion anaérobie

4 - performance

5 - diagnostic

ALASSANE RHADYA /MASTER II -2IE/EAU ET ASSAINISSEMENT/ 2018-2019 V

ABSTRACT

The brewery is generally an industry that generates large quantities of waste water that is

highly charged in organic matter and refractory due to products used in manufacturing or

maintenance processes. Eliminating this pollution requires the establishment of a high-performance

effluent treatment system. An upstream anaerobic sludge bed reactor (UASB) has been set up

which is an anaerobic biological treatment system that should be simple to use when properly

designed. The general objective of this study is to contribute to the improvement of the

management of industrial wastewater of the brewery Lomé of Togo by dissolving the possible

points of malfunction in order to bring solutions of remediation. In order to do this, a

methodological approach based mainly on the diagnosis of the sewage collection and treatment

network, an evaluation of the functioning and purification performance of the sewage purification

plant was developed. The resulting results show relatively satisfactory purification yields ranging

from 48% of suspended solids (MES), 80% reduction in chemical oxygen demand (COD)

and 99.31% biological oxygen demand (BOD5). In order to refine this result and to meet the WHO

rejection standards, the design of an additional active MUD station has been proposed to the present

anaerobic phase. This station will consist of a volume aeration basin of 1500 m3, a clarifier

volume 200m3 and a volume thickener 87m3

Key words:

1 – Waste waters

2 - UASB

3 – Anaerobic digestion

4 - Performance

5 – Diagnostic

tel:99.31

tel:1500

tel:200

ALASSANE RHADYA /MASTER II -2IE/EAU ET ASSAINISSEMENT/ 2018-2019 VI

LISTE DES ABREVIATIONS

AGV : Acides Gras Volatils

CSTR : Réacteur continu parfaitement agité (Continuous Stirred Tank Reactor)

DCO : Demande Chimique en Oxygène

EGSB : Lit de boue granulaire en expansion (Expanded Granular Sludge Bed)

IC : Réacteur à recirculation interne (Internal Circulation Reactor)

MES : Matières En Suspension

MS : Matière Sèche

MVS : Matière Volatile en Suspension

STEP : Station d’épuration

TSH : Temps de Séjour Hydraulique

UASB : Lits de boue anaérobie à flux ascendant (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)

HDPE : Polyéthylène Haute Densité

ALASSANE RHADYA /MASTER II -2IE/EAU ET ASSAINISSEMENT/ 2018-2019 VII

TABLE DES MATIERES

DEDICACE ..................................................................................................................................... ii

REMERCIEMENTS ...................................................................................................................... iii

RESUME ......................................................................................................................................... iv

ABSTRACT ..................................................................................................................................... v

LISTE DES ABREVIATIONS ....................................................................................................... vi

TABLE DES MATIERES ............................................................................................................ vii

LISTE DES TABLEAUX ................................................................................................................ x

LISTE DES FIGURES .................................................................................................................... xi

LISTES DES EQUATIONS ......................................................................................................... xii

I.INTRODUCTION ......................................................................................................................... 1

II.PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL ET DE LA ZONE D’ETUDE ............ 4

1.Présentation de la brasserie BB Lomé SA................................................................................. 4

2.Système de gestion des eaux usées de la brasserie .................................................................... 5

III.SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ........................................................................................... 6

1.Définitions de quelques mots et concepts ................................................................................. 6

1.1.Eaux usées ...................................................................................................................... 6

1.2.Eau usées industrielles ................................................................................................... 6

2.Les différents systèmes de traitements des eaux usées ............................................................. 8

2.1.Prétraitement .................................................................................................................. 8

2.2.Procédé aérobie .............................................................................................................. 9

2.3.Procédé anaérobie ........................................................................................................ 12

2.4.Procédé mixte ............................................................................................................... 16

3.Le système UASB ................................................................................................................... 16

4.Etude de faisabilité financière ................................................................................................. 18

ALASSANE RHADYA /MASTER II -2IE/EAU ET ASSAINISSEMENT/ 2018-2019 VIII

IV. PRESENTATION DU PROJET .............................................................................................. 19

1.Problématique de la gestion des eaux usées industrielles dans les pays en voie de

développement ........................................................................................................................... 19

2.Problématique de la gestion des eaux usées industrielles au Togo ......................................... 19

3.Cadre règlementaire, institutionnel, et norme de la gestion des eaux usées au Togo ............. 20

4.Contexte de l’étude .................................................................................................................. 21

V.MATERIEL ET METHODE ..................................................................................................... 23

1.Localisation de la station d’épuration ..................................................................................... 23

2.Présentation de la station d’épuration ..................................................................................... 24

3.Diagnostic et état des lieux du système de gestion des eaux usées et de traitement. .............. 27

4.Evaluation de la capacité épuratoire de la STEP : paramètres de fonctionnement. ................ 27

5.Evaluation de la performance épuratoire de la STEP : Caractérisation des eaux usées .......... 29

5.1.Echantillonnage et prélèvement et Analyse physico-chimique .................................... 29

5.2.Analyse bactériologique ............................................................................................... 30

6.Proposition de solutions .......................................................................................................... 31

6.1.Solution1 : Dimensionnement d’une fosse septique .................................................... 31

6.2.Solution 2 : dimensionnement de la phase aérobie complémentaire............................ 32

7.Etude financière ....................................................................................................................... 42

VI.RESULTATS ET DISCUSSION .............................................................................................. 43

1.Diagnostic du système de gestion ........................................................................................... 43

1.1.Diagnostic du réseau de collecte .................................................................................. 43

1.2.Diagnostic du Système de traitement ........................................................................... 43

2.Fonctionnement de la STEP .................................................................................................... 49

2.1.Temps de séjour hydraulique (TSH) ............................................................................ 49

2.2.Charge organique. ........................................................................................................ 50

ALASSANE RHADYA /MASTER II -2IE/EAU ET ASSAINISSEMENT/ 2018-2019 IX

2.3.Charge volumique ........................................................................................................ 51

2.4.Vitesse Ascensionnelle ................................................................................................. 51

2.5.Charge en boue ............................................................................................................. 52

3.La performance épuratoire de la STEP ................................................................................... 53

3.1.Caractéristiques des eaux usées .................................................................................... 53

3.2.Rendement épuratoire................................................................................................... 56

4.Forces et faiblesses de la STEP ............................................................................................... 59

5.Rétablissement du système séparatif de collecte des eaux usées ............................................ 60

6.Proposition d’une phase aérobie complémentaire à la STEP .................................................. 63

VI.ETUDE FINANCIERE ............................................................................................................. 66

VII.PLAN DE GESTION ET ENTRETIENT DE LA STATION : .............................................. 69

1.Mesures et contrôles effectués au niveau de la station d’épuration ........................................ 69

2.Mesure concernant les boues ................................................................................................... 69

3.Contrôle de fonctionnement des ouvrages de traitement ........................................................ 70

4.Entretien des ouvrages ............................................................................................................ 70

VIII.CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS ...................................................................... 72

REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUE ............................................................................................ 73

ANNEXES ..................................................................................................................................... 75

ALASSANE RHADYA /MASTER II -2IE/EAU ET ASSAINISSEMENT/ 2018-2019 X

LISTE DES TABLEAUX

Tableau I : Caractéristiques des effluents de Brasseries ......................................................... 7

Tableau II : Méthodes d'analyse des paramètres de pollution .............................................. 30

Tableau III : La fréquence des analyses se résume dans le tableau ci-dessous : .................. 31

Tableau IV : valeurs de a’ et b’ en fonction du type de traitement par boues activées ........ 36

Tableau V : coefficient d’ECKENFELDER ......................................................................... 38

Tableau VI : caractéristique du dégrilleur ............................................................................ 44

Tableau VII : caractéristique du déshuileur –dessableur ...................................................... 44

Tableau VIII : caractéristique du Puits de relevage .............................................................. 45

Tableau IX : Caractéristiques du bassin d’égalisation .......................................................... 46

Tableau X : Caractéristiques du bassin de correction ........................................................... 46

Tableau XI : Caractéristiques du réacteur UASB ................................................................. 47

Tableau XII : Caractéristiques du bassin d’effluent anaérobie ............................................. 48

Tableau XIII : Caractéristiques du bassin de ré- aération ..................................................... 49

Tableau XIV : Paramètre de pollution des eaux brutes de la Station d'épuration ................ 53

Tableau XV : Paramètre de pollution des eaux usées traitées de la Station d'épuration ...... 53

Tableau XVI : avantage et inconvénient du système UASB ................................................ 59

Tableau XVII : caractéristique de la fosse septique.............................................................. 60

Tableau XVIII : caractéristique des ouvrages de la phase aérobie complémentaire ............ 63

Tableau XIX : devis des travaux de la solution 1 et 2 .......................................................... 66

ALASSANE RHADYA /MASTER II -2IE/EAU ET ASSAINISSEMENT/ 2018-2019 XI

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : localisation de la Brasserie BB Lomé SA ........................................................................ 4

Figure 2 : Schéma du lit bactérien .................................................................................................. 10

Figure 3 : schéma d’un disque biologique ..................................................................................... 10

Figure 4 : Schéma d’un lagunage naturel ....................................................................................... 11

Figure 5 : Schéma d’une boue activée ........................................................................................... 12

Figure 6 : Schéma de la chaîne trophique de la méthanisation et ses différentes étapes ............... 13

Figure 7 : schéma d’un réacteur CSTR (Michaud ,2001) .............................................................. 14

Figure 8 : Schéma d‘un réacteur UASB(Google) .......................................................................... 15

Figure 9 : Schémas des réacteur EGSB (Mutombo, 2004) à gauche et IC (Pâques B.V) à droite . 16

Figure 12 : Organigramme de fonctionnement. ............................................................................. 26

Figure 13 : Points de prélèvement des échantillons ....................................................................... 30

Figure 14 : schéma d’une fosse septique ........................................................................................ 31

Figure 15 : courbe de variation du TSH ......................................................................................... 50

Figure 16 : Courbe de charge organique ........................................................................................ 50

Figure 17 : courbe de charge Volumique ....................................................................................... 51

Figure 18 : courbe de vitesse Ascensionnelle ................................................................................ 52

Figure 19 : courbe de charge en boue............................................................................................. 52

Figure 20 : Courbe de Variation DCO ........................................................................................... 54

Figure 21 : courbe de variation des AGV ...................................................................................... 54

Figure 22 : courbe de variation de l’azote total .............................................................................. 55

Figure 23 : courbe d’évolution du Phosphore total ........................................................................ 55

Figure 24 : courbe de variation des coliformes .............................................................................. 56

Figure 25 : courbe d’abattement DCO ........................................................................................... 57

Figure 26 : courbe d’abattement MES ........................................................................................... 57

Figure 27 : histogramme de rendement d’Azote. ........................................................................... 58

Figure 28 : histogramme de rendement du Phosphore ................................................................... 59

Figure 29 : Plan de localisation des fosses septiques ..................................................................... 62

Figure 30 : plan d’installation de la phase aérobie complémentaire .............................................. 65

ALASSANE RHADYA /MASTER II -2IE/EAU ET ASSAINISSEMENT/ 2018-2019 XII

LISTES DES EQUATIONS

Equation 1 : temps de séjours hydraulique ........................................................................... 27

Equation 2 : charge organique .............................................................................................. 27

Equation 3 : Charge volumique ............................................................................................ 28

Equation 4 : Charge en boue ................................................................................................. 28

Equation 5 : Vitesse ascensionnelle ...................................................................................... 29

Equation 6 : volume d’une fosse septique ............................................................................ 32

Equation 7 : Longueur de la fosse ........................................................................................ 32

Equation 9 : rendement d’élimination .................................................................................. 33

Equation10 : Charge volumique ........................................................................................... 33

Équation 11 : surface horizontale du bassin ......................................................................... 34

Equation 12 : largeur du bassin ............................................................................................. 34

Equation 13 : longueur du bassin .......................................................................................... 34

Equation 14 : temps de séjours ............................................................................................. 34

Equation 15 : charge massique(Cardot.C, 1999) .................................................................. 34

Equation 16 : concentration de boue ..................................................................................... 35

Equation 17 : Besoin en oxygène(GAID A., 1984) .............................................................. 35

Equation 18 : quantité d’oxygène journalière ....................................................................... 36

Equation 19 : quantité d’oxygène nécessaire ........................................................................ 36

Equation 20 : Besoin réel en oxygène .................................................................................. 36

Equation 21 : Puissance nécessaire à l’aérateur .................................................................... 37

Equation 22 : Puissance de brassage ..................................................................................... 37

Equation 23 : Nombre d’aérateurs ........................................................................................ 37

Equation 24 : formule d’ECKENFELDER(GAID A., 1984) ............................................... 38

Equation 25 : concentration des boues en excès ................................................................... 39

Equation 26 : Débit de boue en excès ................................................................................... 39

Equation 27 : Débit spécifique .............................................................................................. 39

Equation 28 : Volume du clarificateur .................................................................................. 40

Equation 29 : Surface du clarificateur .................................................................................. 40

Equation 30 : Hauteur du clarificateur .................................................................................. 41

Equation 31 : Diamètre du clarificateur ................................................................................ 41

ALASSANE RHADYA /MASTER II -2IE/EAU ET ASSAINISSEMENT/ 2018-2019 XIII

Equation 32 : temps de séjours ............................................................................................. 41

Equation 33 : débit journalier de boues ................................................................................ 41

Equation 34 : Volume de l’épaississeur ................................................................................ 41

Equation 35 : Surface horizontale ......................................................................................... 42

ALASSANE RHADYA /MASTER II -2IE/EAU ET ASSAINISSEMENT/ 2018-2019 1

I. INTRODUCTION

L’accès à l’eau et l’assainissement constitue un besoin fondamental pour l’homme et il reste

vital pour la dignité et la santé humaine. Dans tous les pays, à l’exception des plus développés, la

grande majorité des eaux usées sont directement rejetées dans l’environnement, sans traitement

adéquat, ce qui a des effets néfastes sur la santé humaine, la productivité économique, la qualité

des ressources d’eau douce environnementales, et les écosystèmes. Dans les pays en voie de

développement, environ 90% des eaux usées domestiques et industrielles sont rejetées sans

traitement dans la nature (Gabert,20 17). Le manque d’assainissement dans de nombreux pays en

développement est un véritable fardeau pour la santé de la population. L’absence d’infrastructures

adéquates d’assainissement augmente le risque de contact avec les excrétas, qui sont souvent des

vecteurs d’organismes pathogènes dangereux pour la santé humaine (Seidl, 2007), (Unesco, 2007).

L’émission d’eaux usées non traitées demeure une pratique courante, surtout dans les pays

en voie de développement, en raison du manque d’infrastructures, de capacités

techniques ;institutionnelles, et de financement (Unesco, 2007). A l’instar du Togo, qui en raison

d’une faible volonté politique n’a encore adopté aucune norme en vigueur en matière de rejet des

eaux usées. La pollution industrielle et minière augmente avec l'évolution du niveau

d'industrialisation du pays. Ce phénomène devient inquiétant et prend de l'ampleur autour des sites

industriels dont 90 % sont concentrés dans la région Maritime et à Lomé en particulier. Les causes

de la pollution des sols, des eaux et de l'air sont diverses et inhérentes aux principales branches

d'industries. La pollution industrielle risque de devenir problématique avec le développement des

zones franches industrielles et les conditions de travail dans certaines industries sont déjà

dangereuses pour la santé et la sécurité des travailleurs(Ministère de l’environnement et des

ressources forestières 1997). Au regard de ces différents problèmes, le traitement des eaux usées

avant leur rejet dans la nature s’avère être d’une importance capitale.

Durant les deux dernières décennies l’industrie brassicole a montré un attrait en matière de

sensibilisation et de protection de l’environnement. Les investissements dans les installations de

traitement d’eaux usées, de traitement de déchets ou de réduction de gaz nocif ont nettement

augmenté (W DRIESSEN et T VEREIJKEN 2003) .Plusieurs procèdes de traitement sont adaptés

pour le traitement des eaux usées quel qu’en soit la provenance. Le traitement de ces eaux usées


peut se faire par traitement aérobie ou anaérobie. Le traitement anaérobie a des avantages et

désavantages par rapport au traitement aérobie. Celui-ci est un système qui a une production

d’énergie, une simplicité d’opération, une faible production de biomasse et un temps de rétention

hydraulique (TRH) réduit. Quelques-uns de ses désavantages sont que le traitement anaérobie peut

requérir de l’alcalinité, peut nécessiter un traitement aérobie en aval pour rencontrer les normes de

rejet, ne peut pas enlever une partie importante de l’azote et du phosphore biologiquement et est

plus sensible aux variations de température et aux substances toxiques (Metcalf & Eddy, AECOM,

2014).Les procédés aérobies comprennent le lit bactérien, le disque biologique, les boues

activées .Les procédés anaérobies comprennent des réacteurs EGSB,IC,et le plus répandu dans le

domaine industriel le réacteur UASB ;enfin nous avons aussi les procédés mixtes combinant à la

fois les systèmes aérobies et anaérobies. La digestion anaérobie convient plutôt pour le traitement

des eaux usées industrielles ou agro-alimentaires riches en matière organique. Elle présente de

nombreux avantages par rapport aux procédés de traitement aérobie : faible production de boues,

consommation d’énergie plus faible pour le fonctionnement, production de biogaz valorisable

etc...(Jiang, 2014).

Parmi toutes les technologies anaérobies, le plus populaire est le réacteur a lit de boue

Ascendant (UASB) (lettinga et al,1980). La croissance de ce lit est essentiellement due aux

particules solides en suspension qui entrent dans le réacteur et à la croissance des bactéries. La

mise en mouvement du lit se fait par une turbulence naturelle, provoquée par le flux d’entrée des

effluents et par la production de biogaz, permettant ainsi d’avoir un bon contact entre les eaux usées

et la biomasse au sein du réacteur. Ce système permet un gain de place par rapport aux systèmes

fonctionnant en aérobie et a un coût de fonctionnement réduit(Rajeshwari K.V et al,

2000).Plusieurs paramètres entre en jeu pour évaluer sa performance ,le temps de séjours

hydraulique, la charge en boue, la vitesse ascensionnelle pour ne citer que ceci.

La Brasserie BB Lomé, est le leader togolais dans la fabrication, la mise en bouteille et la

commercialisation de bières alcoolisées et de boissons gazeuses. Elle dispose d’une station

d’épuration de type UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) qui traitent les effluents de process

produites par l’usine. En milieu industriel, en plus de disposer d’installation de traitement d’eau il

faut généralement mettre en place un système de gestion global des eaux usées pour optimiser les

rejets d’effluents. Des insuffisances ont été observés dans le système de gestion actuel conduisant


à une détérioration de la qualité des effluents. Face à cette situation, il s’est avéré indispensable de

mener des études approfondies pour déceler les causes de dysfonctionnement dans le système de

gestion des eaux usées de la Brasserie et de faire une proposition technique d’où la présente étude

qui porte sur : « Evaluation des capacités épuratoires du système UASB de traitement des eaux

usées industrielles de la brasserie BB Lomé SA au Togo ».

L’objectif général de cette étude est de contribuer à l’amélioration de la gestion des eaux

usées de l’usine en décelant les éventuels points de dysfonctionnement afin d’apporter des solutions

pour y remédier. Spécifiquement il s’agit de :

- Faire un diagnostic du système de gestion des eaux usées

- Evaluer les fonctionnements et la performance épuratoire de la STEP

- Faire une étude technique et financière d’une phase aérobie complémentaire.

Ce présent rapport donne une synthèse de notre démarche et des principaux résultats obtenus.

Il est construit autour de quatre grandes parties. La première partie est consacrée à la présentation

de la structure d’accueil ; la deuxième partie, à une étude bibliographique sur les eaux usées

industrielles, les traitements existants et le contexte de l’étude ; en ce qui concerne la troisième

partie une présentation de la méthodologie générale de travail pour atteindre les objectifs prédéfinis

est faite. A la suite se trouvent les résultats issus de ces analyses suivis de leur discussion. Pour

clore le travail, une proposition de solutions pour remédier aux problèmes relevés sera faite et des

perspectives seront proposées à la suite d’une conclusion.


II. PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL ET DE LA ZONE

D’ETUDE

1. Présentation de la brasserie BB Lomé SA

La Brasserie BB LOME SA est une société anonyme spécialisée dans la production et la

commercialisation de boissons alcoolisées et gazeuses lancée le 04 Mai 1964 par l’allemand

Joachim HAASE. Initialement nommé Brasserie du Benin, les actionnaires pour éviter toute

confusion décident en 1989 d’opter pour le nom actuel suite au changement de nom de la

République sœur du Dahomey qui devint République Populaire du Bénin. Depuis 1996 suite au

changement survenu dans l’actionnariat, la société appartient désormais au groupe français BGI

(Brasseries et Glacières Internationales) dont le Président est Monsieur Pierre CASTEL.

Elle se situe à Lomé, capitale du Togo, le long de la nationale N01, plus précisément à

Agoenyivé route d’Atakpamé, PK 10 (face état-major).

Figure 1 : localisation de la Brasserie BB Lomé SA


2. Système de gestion des eaux usées de la brasserie

Les eaux usées de la Brasserie se répartissent en 4 (quatre) catégories : les eaux usées de

procédé, les eaux pluviales, les eaux sanitaires, et les eaux de refroidissement. Les eaux pluviales

sont drainées par les caniveaux d’eaux pluviales puis renvoyées vers le point de décharge des eaux

traitées, les eaux sanitaires sont collectées dans les fosses septiques au sein de l’usine. Toutefois

seules Les eaux usées de procédé et les eaux de refroidissement feront l’objet de notre étude. Ces

dernières sont collectées dans les différentes sections de l’usine (brassage, filtration, siroperie,

cave, conditionnement, etc) puis envoyé vers la STEP par une tuyauterie spéciale pour un

traitement anaérobie.


III. SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE

1. Définitions de quelques mots et concepts

1.1.Eaux usées

Selon REJSEK (2002), les eaux résiduaires urbaines (ERU), ou eaux usées, sont des eaux

chargées de polluants, solubles ou non, provenant essentiellement de l’activité humaine. Elles ont

un impact sur l’environnement dans lequel elles sont rejetées. On distingue plusieurs types : les

eaux usées domestiques issues des multiples utilisations quotidiennes de l'eau faites par l’homme ;

les eaux pluviales résultant du ruissellement de la pluie sur les surfaces imperméabilisées et enfin

les eaux résiduaires industrielles issues d’activité industrielle et dont le rejet doit être l’objet au

préalable d’une autorisation ou d’une convention.

1.2.Eau usées industrielles

Les eaux usées industrielles sont des rejets liquides issus d'activités humaines associées à des

opérations de traitement, fabrication et manutention de la matière première. Elles peuvent être

produites à l’échelle des moyennes et grandes industries. Elles proviennent du refroidissement,

chauffage, extraction, ou réaction de sous-produits de lavage et contrôle de la qualité d’autres sous-

produits de spécification rejetés (Feroz et al ,2012). De par leur toxicité, elles doivent au préalable

faire l’objet d’un traitement adapté avant leur rejet dans le milieu récepteur.

Selon (Wethe, 2007)Les substances contenues dans les eaux usées industrielles peuvent être

acides, alcalins, corrosifs ou entartrant mais également être de températures très élevées, odorantes

ou colorées. Ces effluents peuvent inhiber durablement le processus épuratoire des stations

d’épuration d’où la nécessité d’effectuer en amont un prétraitement(konate, 2016).

1.2.1. Eaux usées en brasserie

Les caractéristiques communes à toutes les eaux résiduaires de l’industrie agro-alimentaire

sont une pollution essentiellement organique, biodégradable avec un caractère axé sur

l’acidification et la fermentation rapide faisant d’elles des effluents qu’on peut facilement traiter

par voie biologique.

Le ratio de la bière par rapport à l’eau usée de la brasserie est compris le plus souvent entre

1,2 et 2, en raison du fait que la majeure partie est utilisée pour la fabrication des sous-produits et


l’autre partie s’évapore. Par ailleurs la quantité d’eaux usées produites est fonction de la

consommation spécifique en eau ont eu à souligner(W.driessen et T.vereijken, 2003).

Des études menées par Brito et al. (2004) sur des eaux usées de brasseries, montrent que ces

effluents sont facilement biodégradables avec des ratios DBO5/DCO compris entre (0,6-0,7),

même si la DCO présente par moment d’importante quantité inorganique.

En Brasserie nous avons des valeurs de la DCO comprise dans un intervalle de 2000 à 6000

mg/l et de la DBO5 1200 à 3600 mg/l avec le pH des effluents de brasseries est compris entre 3 et

12, la température entre 18 et 40°C (Simate et al ,2011).

Les eaux usées de brasseries contiennent souvent des concentrations élevées en DCO, DBO5

et MES telles que c’est démontré dans le tableau 1(W driessen et T vereijken, 2003).

Tableau I : Caractéristiques des effluents de brasseries

Paramètre Unités

Composition des

effluents de

brasseries

Reference types de brasserie

Couler Non déterminé Non déterminé 2-8 hl effluent/hl bière

DCO mg/l 2000-6000 0.5-3kgDCO/hl bière

DBO mg/l 1200-3600 0.2-2kgDBO/hl bière

MES mg/l 200-1000 0.1-0.5kg MES/hl bière

pH 4.5-12

température oC 18-40

Azote mg/l 25-80

Phosphore mg/l 10-50


1.2.2. Traitement des eaux usées

Le traitement des eaux usées est un ensemble des procèdes visant à dépolluer l’eau

usée avant son retour dans le milieu naturel ou sa réutilisation. L’objectif des traitements est de

réduire l’impact des eaux usées sur l’environnement(Wikipédia ,2018)

1.2.3. Système UASB

Le système UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) généralement appelé réacteur

UASB est une forme de digesteur anaérobie utilisée pour le traitement des eaux usées

(Wikipedia, 2018). Cette technologie est apparue à l’échelle industrielle à la fin des années

1970 aux Pays-Bas. Jusqu’à présent, il s’agit du réacteur le plus répandu dans le domaine du

traitement des eaux usées industrielles(Jiang ,2014).

2. Les différents systèmes de traitements des eaux usées

Il existe plusieurs types de traitement regroupé en deux grands types : le système intensif et

le système extensif. Le système intensif est une technique de traitement biologique qui regroupe le

système a boue activé, le lit bactérien et le disque biologique…C’est une technique qui utilise un

espace réduit toutefois, elle est consommatrice d’énergie, économiquement difficile, demandant

plus de technicité et moins performante en élimination des parasites, bactéries et virus. Le système

extensif aussi dit naturel (Radoux et al, 2000),en revanche nécessite une grande surface. Les algues,

les bactéries et les champignons sont les principaux microorganismes qui dégradent la pollution

organique du milieu. Ce procédé extensif est constitué essentiellement de lagunage à microphytes

et à macrophytes.

Selon le degré d'élimination de la pollution et les procédés mis en œuvre, plusieurs niveaux

de traitements sont définis : les prétraitements, le traitement primaire et le traitement secondaire.

Dans certains cas, des traitements tertiaires sont nécessaires, notamment lorsque l'eau épurée doit

être rejetée en milieu particulièrement sensible.

2.1.Prétraitement

Pour assurer un traitement biologique performant un prétraitement physique est toujours

installe en amont. Selon Grosclaude, le prétraitement consiste à débarrasser les effluents de tout

élément susceptible de gêner le fonctionnement des ouvrages. Quels que soient les procédés mis

en œuvre à l'aval d’une station d’épuration, les dispositifs de prétraitement physique sont présents.


Les prétraitements consistent en un traitement mécanique pour retirer les déchets volumineux,

sables et graisses/huiles de l’effluent brut. Un prétraitement est toujours nécessaire : on ne peut en

faire l’économie (konate, 2016). Ils comprennent :

Dégrillage

Le dégrillage consiste à éliminer en faisant passer l’effluent à travers des barreaux, les

matières volumineuses charriées par l’eau brute. On comprend donc que l’efficacité du dégrillage

est fonction de l’écartement de ses mailles. Grâce à cela on élimine les corps grossier ou fin,

empêche le colmatage des pompes, et l’accumulation des déchets non biodégradables sur les

ouvrages.

On distingue trois types des dégrilleurs :

- Dégrilleur fin : écartement inférieur à 10 mm

- Dégrilleur moyen : écartement de 10 à 40 mm

- Dégrilleur grossier : écartement supérieur à 40 mm

Notre station d’épuration dispose d’un dégrilleur statique fin.

Le dessableur

Le dessablage a pour rôle de retenir les matières lourdes, le sable, afin de protéger les

conduites et pompes contre la corrosion et éviter même le colmatage des canalisations par les

dépôts au cours du traitement.

Le déshuileur

Il a pour rôle de séparer de l’eau, les huiles et les matières grasses afin d’éviter l’encrassement

des ouvrages, les départs avec l’eau traitée.

Dans certains cas, comme le nôtre les deux installations sont combinés en un ensemble appelé

Déssableur - déshuileur.

2.2.Procédé aérobie

Le traitement biologique aérobie se déroule en présence d’oxygène par des microorganismes

aérobies principalement des bactéries dans le but de métaboliser la matière organique présente dans

les eaux usées (Simate et al ,2011). Nous pouvons citer les plus courantes selon (Degremont, 2005)

:


Les procédés aérobies à culture fixée

- Le lit bactérien :

Ruissellement de l’eau à traiter sur le support, ne nécessite pas de clarificateur en ce qui

concerne le lit granulaire, coûts de fonctionnement faibles, fonctionnement stable, risque élevé de

colmatage ;

Figure 2 : Schéma du lit bactérien

- Les bio-disques :

Biomasse fixée sur des disques tournants au sein du mélange à traiter, coûts de

fonctionnement faibles, efficace à faible charge uniquement, sensible aux conditions climatiques

(Bassompierre, 2007).

Figure 3 : schéma d’un disque biologique


Les procédés aérobies à culture libre

- Le lagunage :

En raison de sa simplicité d’exploitation et de son efficacité, cette technique connait un essor

important dans les pays en voie de développement et également en Europe, pour le traitement des

eaux usées des communes rurales (Altmeyer et al,1990). Ici l’effluent prétraiter séjourne pendant

une durée allant de plusieurs semaines à plusieurs mois, dans des bassins peu profonds mais de

grande surface. Le processus d’épuration biologique est assuré par les microorganismes se

développant dans le milieu grâce à l’oxygène de la photosynthèse des algues (lagunage naturel) ;

toutefois il peut se faire par aération artificielle : lagunage aéré par l’insufflation d’air. Ce procédé

permet également la stabilité des boues produites.

Figure 4 : Schéma d’un lagunage naturel

- Les boues activées :

Les boues activées constituent la référence des traitements biologiques aérobies en cultures

libres (Alexandre et al,1997) .Traitement en deux phases, contact de la biomasse et de l’eau usée

dans un réacteur puis séparation des solides de la phase liquide épurée par décantation. Le

processus d’épuration par boues activées est le plus répandu. Son développement est dû à ses

excellentes performances de dépollution (rendement supérieur à 95 %) par rapport aux autres

procédés existants. En contrepartie, suivant le type d’effluents à traiter, ce procédé peut être

difficile à maîtriser notamment pour le traitement de l’azote et du phosphore ou en cas de variations

importantes des flux à traiter (Cardot.C, 1999).


Figure 5 : Schéma d’une boue activée

2.3.Procédé anaérobie

Au cours des 20 dernières années, la digestion anaérobie est devenue un mode de traitement

des eaux résiduaires de plus en plus accepté, étant donné son faible coût comparé aux traitements

physicochimiques et biologiques aérobies (Macarie et Monroy, 1996). Le traitement anaérobie est

caractérisé par la conversion biologique de composés organiques en biogaz (principalement du

méthane 70-80% en volume et de dioxyde de carbone 15-30% en volume avec des traces de sulfure

d’hydrogène)(W driessen et T vereijken, 2003).

Le traitement anaérobie est régi par le principe de la digestion anaérobie. Le traitement

anaérobie de la matière organique inclut quatre grands processus, soit l’hydrolyse, l’acidogénèse

et la méthanogène. Chacun de ces processus comprend un grand nombre de microorganismes qui

synthétisent la matière organique jusqu’à ce qu’elle soit transformée en dioxyde de carbone (CO2)

et en CH4. En réalité, les micro-organismes sont étroitement interdépendants les uns des autres et

agissent consécutivement selon leurs besoins trophiques.


Figure 6 : Schéma de la chaîne trophique de la méthanisation et ses différentes étapes

Il existe plusieurs types de réacteur anaérobie de nos jours tels que le réacteur à boues

immobilisées, le réacteur UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), le réacteur à lit fluidisé, le

réacteur IC (Internal Circulation), le réacteur EGSB (Expanded Granular Sludgen Bed), le réacteur

anaérobie à chicane (Jiang ,2014; w driessen et T vereijken ,2003).

Réacteurs à boues libres ou « contact : CSTR

D’après Boulenger et Gallouin ,2009, le réacteur agité appelé procédé CSTR (contact stirred

tank reactor), a l’inconvénient de mettre en jeu de faibles concentrations de boues (8 à 12 kg MS.m-

3 de réacteur (MS : matière sèche) nécessitant, par conséquent, des volumes de bassins importants.

C’est un système anaérobie simple principalement appliqué comme des boues digesteurs et

convient à peine pour le traitement des eaux usées (W driessen et T vereijken, 2003). Dans le

procédé CSTR le mélange est réalisé de façon mécanique. Un décanteur externe est placé au niveau

de la sortie liquide. Les solides retenus dans le décanteur sont recyclés dans le réacteur, ce qui

permet de concentrer la biomasse dans le milieu réactionnel.


Figure 7 : schéma d’un réacteur CSTR (Michaud ,2001)

Réacteurs à boues granuleuses : UASB

La technologie la plus utilisée parmi les techniques anaérobies est celle du réacteur UASB

(lettinga et al, 1980). Elle correspond à un réacteur composé d’un lit granuleux. La croissance de

ce lit est essentiellement due aux particules solides en suspension qui entrent dans le réacteur et à

la croissance des bactéries. Tout d’abord :

- L’alimentation du réacteur se fait par la partie inférieure ;

- L’écoulement est ascendant dans le réacteur.

- De plus on note la présence dans la configuration de l’UASB d’un séparateur de phases.

Ce séparateur permet de maintenir la boue à la base du réacteur, riche en bactérie épuratrice

et fait monter le gaz produit dans la phase supérieure du réacteur. Le type d’écoulement dans le

réacteur et la présence du séparateur augmentent le contact des matières organiques avec les boues

riches en bactéries, et permettent une bonne dégradation des composés organiques et par

conséquent, une réduction des temps des séjours. La mise en mouvement du lit se fait par une

turbulence naturelle, provoquée par le flux d’entrée des effluents et par la production de biogaz,

permettant ainsi d’avoir un bon contact entre les eaux usées et la biomasse au sein du réacteur

(Zhang, 2011). Selon (Rajeshwari et al, 2000), Ce système permet un gain de place par rapport aux

systèmes fonctionnant en aérobie et a un coût de fonctionnement réduit.


C’est la technique la plus développée puisqu’elle représente plus de 80 % des réacteurs

Construits. Elle a donné lieu à un développement de variantes que sont les réacteurs EGSB et la

technologie à double étage (IC) (Zhang, 2011).

Figure 8 : Schéma d‘un réacteur UASB(Google)

Les autres Réacteurs anaérobies :

Développés en tant que variantes des réacteurs UASB, les réacteurs EGSB se comportent

comme des réacteurs parfaitement agités dans lesquels le flux ascendant est nettement supérieur,

le temps de rétention hydraulique est extrêmement court et la charge volumique y est très élevée.

Les réacteurs EGSB peuvent opérer avec des temps de séjour hydraulique extrêmement

faibles et un taux de chargement en boue plus important que dans les réacteurs UASB. Grâce à la

facilité de recirculation de l’effluent, les réacteurs EGSB sont mieux adaptés pour traiter des

effluents contenant des composés toxiques et/ou récalcitrants, comme le formaldéhyde (Zhang,

2011).

En ce qui concerne le réacteur à circulation interne, il est constitué de deux étages et

développé également sur la base du réacteur UASB (Jiang, 2014). Le réacteur à recirculation

interne utilise la production de biogaz pour agiter le milieu. Dans le compartiment (de mélange)

les boues anaérobies méthanisent la matière organique et le biogaz collecté entraîne, dans une

canalisation, le mélange boues-liquide-biogaz. Ce dernier est séparé en haut du réacteur.


(compartiment de finition) et le mélange, liquide plus boues, redescend. Ceci conduit une agitation

naturelle du système.

Figure 9 : Schémas des réacteur EGSB (Mutombo, 2004) à gauche et IC (Pâques B.V) à droite

2.4.Procédé mixte

Les deux types de procèdes anaérobie et aérobie présentent tous deux des avantages et

inconvénients .Le traitement anaérobie suivi d’un traitement aérobie se traduira par un bilan

énergétique positif, une réduction de la production de boues et un gain de place .D ailleurs lors du

déversement dans les eaux de surface ,le prétraitement anaérobie suivie d’un post traitement

aérobie est considère comme la solution meilleure (W driessen et T vereijken , 2003).Le traitement

par digestion anaérobie est souvent insuffisant pour rejeter directement les effluents dans le milieu

naturel :un post-traitement aérobie de finition est nécessaire pour achever l’élimination du Carbone

et éventuellement de l’azote et du phosphore (Cresson, 2006) .

3. Le système UASB

Le réacteur UASB a été développé par le professeur Lettinga et ses collaborateurs à la fin des

années 1970 (lettinga et al;1980). Le système est capable de gérer des taux de charges volumiques

élevés de 10–15 kg en demande chimique en oxygène. Ce réacteur est un système fiable et peut

traiter jusqu’ à 15% de matière en suspension total (Kassam et al,2002) ;(Sharma, Mittal, et

Somvanshi, 2012). L’eau usée entre dans le réacteur par le bas du réacteur à travers un système de

distribution spécial. Aucun appareil d’agitation n’est installé. Le mélange nécessaire au bon contact


entre l’eau usée et la biomasse est obtenu grâce à la production de biogaz et aux turbulences dues

au flux ascensionnel entrant le réacteur (Waterleau, 2013).

Son fonctionnement se fait de manière suivante :

- L’alimentation du réacteur se fait par la partie inférieure ;

- L’écoulement est ascendant dans le réacteur.

- En plus de cette différence de fonctionnement, on note la présence dans la configuration de

l’UASB d’un séparateur de phases, qui permet de maintenir la boue à la base du réacteur,

riche en bactérie épuratrice et fait monter le gaz produit dans la phase supérieure du réacteur

(Ali Djimé AHMED, 2013).

Le type d’écoulement dans le réacteur et la présence du séparateur augmentent le contact des

matières organiques avec les boues riches en bactéries, et permettent une bonne dégradation des

composés organiques et par conséquent, une réduction des temps des séjours. Les différents

paramètres de performance du système UASB pour évaluer les performances épuratoires, plusieurs

paramètres entre en jeux :

- Temps de séjour hydraulique (TSH) : correspond au temps total requis par l’eau usée pour

s’écouler à travers tout le système

- Charge organique : Il s’agit de la quantité de matière organique envoyé au réacteur en une

journée

- Charge volumique : La charge volumique (Cv) correspond à la quantité de nourriture

(DBO5 ou de DCO) traitée par 1m3 du volume du réacteur en un jour (Moletta, 2006).

- Charge en boue : La charge en boue correspond à la quantité de matière organique

(exprimée en DBO ou DCO) pouvant alimenter 1 kilogramme de boue en 1 jour.

- Rendement épuratoire : L’efficacité de suppression d’une station d’épuration est

représentée par la corrélation entre la quantité X (DCO, DBO, N, P, etc.) entrant le système

avec l’eau usée et la quantité X (DCO, DBO, N, P, etc.) qui le quitte avec l’effluent

- Vitesse ascensionnelle : La vitesse ascensionnelle correspond à la vitesse ou vélocité à

laquelle l’eau entre dans le réacteur par le bas et remonte vers le haut du réacteur.

NB : Ce paramètre est d’une extrême importance puisqu’il est responsable (avec la production de

biogaz) du bon contact/mélange entre la biomasse contenue dans le réacteur et l’eau usée arrivant.


- Production de biogaz : La production de biogaz correspond à la quantité de biogaz produite

par jour et par kg de substrat. Le biogaz est un mélange de méthane (65 – 80 %), CO2, H2

(1-5%), H2S, N2 (2-7 %) et quelquefois d’un peu de NH3. La teneur en méthane dépend de

l’état d’oxydation du substrat. Pour du méthane pur, le pouvoir calorifique est de 12,67

kWh.m.−3, et pour un biogaz contenant 70% de CH4 il sera donc de 8,87 kWh.m−3, soit

32 MJ.m−3 (Zegnouni, 2010).

4. Etude de faisabilité financière

Avant de se lancer dans la mise en œuvre d’un projet, il convient de se demander si le projet

est techniquement réalisable autrement dit si l’entreprise dispose des ressources financières

nécessaire pour le mettre en œuvre d’où l’étude de faisabilité financière.


IV. PRESENTATION DU PROJET

1. Problématique de la gestion des eaux usées industrielles dans les pays en voie de

développement

La situation de l’environnement dans les villes africaines est très alarmante. En effet, de

grands défis se posent en matière notamment d’accès à l’eau potable, d’assainissement des eaux

usées. Les désagréments engendrés sur les populations et leurs habitations, ainsi que sur leur

environnement sont des préoccupations importantes. Les mauvaises conditions sanitaires liées à

l’environnement sont à l’origine de maladies infectieuses et parasitaires. Or, dans la plupart des

villes africaines, la majorité de la population vit dans des conditions précaires et est confrontée à

d’importants risques de santé (Jérôme Chenal, 2018).

Dans tous les pays, à l’exception des plus développés, la grande majorité des eaux usées sont

directement rejetées dans l’environnement, sans traitement adéquat. En moyenne dans les pays à

faible revenu, seuls 8% des eaux résiduelles municipales et industrielles subissent un traitement,

quel qu’il soit. Ces estimations vont dans le sens de l’appréciation souvent citée selon laquelle il

est probable que plus de 80% des eaux usées du monde soient rejetées sans traitement (Richard

Connor et Stefan Uhlenbrook , 2017). Ce constat est d’autant plus triste car les effluents industriels

contiennent d’importantes quantités de matières dangereuses en fonction du type d’industrie. Ces

derniers s’infiltrent, polluent les sols, les nappes phréatiques et affectent les écosystèmes.

2. Problématique de la gestion des eaux usées industrielles au Togo

L’urbanisation rapide et non maîtrisée entraine une croissance des problèmes liés à

l’assainissement dans tous les coins du pays. Le Togo, comme tout autre pays sous développé

connaît une croissance exponentielle de la démographie avec son lot de problème. La situation

actuelle de l’assainissement de la ville de Lomé révèle un ensemble d’insuffisances et de

contraintes qui ont freiné le développement du secteur et entraîné une dégradation de la qualité du

cadre de vie des populations. L’évacuation des déchets solides, des eaux usées et excréta et le

drainage des eaux pluviales constituent le lot des problèmes quotidiens des services impliqués dans

l’assainissement (LENE Fa-n’dame, 2006). Toutefois La protection de l’environnement demeure

au cœur des préoccupations du gouvernement Togolais. C’est le cas du secteur industriel où une

étude réalisée en 1998 sur la protection de l’environnement dans la zone franche, met en exergue


les déchets industriels solides, liquides et gazeux ainsi que les pollutions qui y sont générées. Le

Ministère de l’Environnement, à travers l’Agence Nationale de Gestion de l’Environnement

(ANGE) fait des efforts considérables pour la mise en œuvre de l’évaluation environnementale

dans le secteur industriel. Force est de constater que, en dépit de la divulgation des textes et des

pratiques internationales par l’ANGE et la SAZOF, les entreprises ne montrent pas une adhésion

spontanée aux outils d’évaluation environnementale que sont l’Etude d’Impact Environnemental

et Social (EIES) et l’Audit Environnemental (AE). Ceci est un frein à l’amélioration du milieu

industriel et constitue un handicap vis-à-vis de la politique du pays (PNUD, 2014).

3. Cadre règlementaire, institutionnel, et norme de la gestion des eaux usées au Togo

3.1. Cadre réglementaire

En matière d’assainissement, le Togo était soumis avant son indépendance aux lois et

règlements établis pour les colonies d’Afrique Occidentale Française. Ces textes réglementaient en

particulier la construction des bâtiments, l’urbanisme, l’hygiène et la propreté publique en général

(Arrêté N˚595 / A.P.A. du 20 août 1947). Ces textes font toujours partis des textes de référence

pour le contrôle de la salubrité et de l’hygiène.

Peu de progrès ont été enregistrés à ce jour dans l’élaboration d’une réglementation

appropriée et de son application dans ce domaine.

Néanmoins Le code de l’environnement institué par la loi N˚ 88-14 du 03 Novembre 1988

constitue également un cadre de référence partiel en matière d’hygiène et d’assainissement étant

donné que les actions du secteur intègrent certains aspects de la préservation de la qualité du milieu

et de la santé, notamment dans sa section IV relative au rejet dans l’atmosphère, dans les eaux et

dans les sols.

Egalement le code de l’eau dans sa section IV article 56,57,59 stipule que les rejets sans

autorisation préalable des eaux résiduaires sont interdits et que les industries doivent se doter de

station d’épuration (ministère de l’eau, l’assainissement et de l’hydraulique villageoise, 2010.).

3.2. Cadre institutionnel

Le pays est doté depuis 1987 d'un Ministère de l'Environnement chargé de la protection, de

la conservation de l'environnement, de l'élaboration de la politique de l'environnement ainsi que de

sa mise en œuvre et de son suivi-évaluation. Cependant, ce ministère n'a pas été doté de structures,

de ressources humaines et financières et de moyens techniques pertinents. Il a connu une forte


instabilité institutionnelle avec le changement à dix reprises de titulaire du portefeuille entre 1991

et 1996. La faible capacité des structures centrales et déconcentrées s'est accentuée. La Commission

Interministérielle, instituée par l'Article 3 du Code de l'Environnement pour la coordination de

l'action environnementale, a été organisée en décembre 1996. Le Comité National de

l'Environnement mis en place en Février 1991 pour la concertation avec les différentes institutions

publiques, privées ou associatives a connu des difficultés de fonctionnement. Des Comités

Préfectoraux, Cantonaux et Villageois de Gestion et de Protection de l'Environnement ont été mis

en place en 1993. Des structures relevant du secteur privé, les collectivités locales, les

Organisations Non Gouvernementales et les groupements villageois interviennent dans la gestion

de l’environnement sans coordination appropriée. La règlementation environnementale au Togo,

est constituée d’une série de loi, décret et arrêtés pris par les autorités exécutives et législatives du

pays. Plusieurs institutions ont la charge de veiller à l’applicabilité de ces textes il s’agit entre autre

du ministère de la santé ; Ministère de l’eau et des ressources hydrauliques, Ministère de la ville et

du Ministère de l’environnement et des ressources forestières.

3.3. Normes de rejet au Togo

Aujourd’hui, bien qu’au cœur des préoccupations, la législation togolaise ne dispose pas de

spécifications en matière de rejet d’eaux usées. Néanmoins le code de l’environnement dans sa

section IV relative aux rejets dans l’atmosphère, dans les eaux et dans les sols stipule que : Le

ministre chargé de l'environnement réglementera les rejets. Il établira et révisera par arrêté les

listes des substances, fumées, poussières, vapeurs, gaz ou liquides et toute matière dont le rejet

dans l'atmosphère, les eaux à la surface du sol ou dans les sous-sols sera interdit ou soumis à

autorisation préalable (Loi No 88-14 du 3 novembre 1988).

4. Contexte de l’étude

La Brasserie BB Lomé, est le leader togolais dans la fabrication, la mise en bouteille et la

commercialisation de bières alcoolisées et de boissons gazeuses. Elle dispose de 3 sites de

production. Le site de Lomé s’est doté d’une station d’épuration de type UASB (Upflow Anaerobic

Sludge Blanket) qui traitent les effluents de process produites par l’usine. Les eaux pluviales sont

collectées séparément. Les eaux vannes sont envoyées dans des fosses septiques puis évacué vers

des sites aménagés. Néanmoins des éléments laissent penser à de possibles contaminations des


eaux usées de process par les eaux vannes. Le site de Lomé souhaite une étude sur le système

épuratoire actuellement en place dans le but d’améliorer la qualité des eaux traitées déversées dans

le milieu naturel. C’est dans ce contexte que ce stage est initié pour mener une étude diagnostic sur

la qualité des effluents rejetées, proposer des actions correctives en vue d’améliorer leur qualité et

concevoir une filière de traitement pour compléter le système actuellement opérationnel Cette étude

consiste à contribuer à l’amélioration de la gestion des eaux usées industrielles de la Brasserie

Lomé du Togo. Pour ce faire à la suite des diagnostics qu’ on aura à effectuer ,nous aurons à

concevoir des ouvrages de génie civil adapté au vue de la situation et enfin nous estimeront leurs

coûts de réalisation.


V. MATERIEL ET METHODE

1. Localisation de la station d’épuration

Située au Nord-ouest de la Brasserie, elle est comprise entre 6012’47’’ de latitude Nord et

1012’25’’de longitude Est et a environ 200m de la nationale No1

Figure 10 : image de localisation de la brasserie


2. Présentation de la station d’épuration

Figure 11 : les ouvrages de la STEP

La station d’épuration de la brasserie Lomé a été construite en avril 2013 pour

l’assainissement des eaux usées industrielles de l’entreprise. Elle assure le traitement des eaux

usées industrielles avant le rejet dans le milieu récepteur. Son débit max de rejet est de 2400m3/j

d’eaux usées.

Le personnel de la station est composé de cinq (5) opérateurs exécutent les différentes tâches

de pilotage de l’installation et sont en charge de la maintenance quotidienne ; deux (2) techniciens

laboratoire excutent les analyses nécessaires pour le contrôle de la qualité des eaux usées et d’un

ingénieur pour la gestion globale de station.

La STEP de la brasserie Lomé est constituée :

D’une unité de prétraitement :

- Un dégrilleur fin avec des mailles de 1mm assurant l’élimination des particules grossiers

- Un séparateur jouant le rôle de dégrilleur dessableur en aval du dégrilleur

L’unité d’égalisation :


L’eau usée est envoyé vers le bassin d’égalisation où elle est stockée à 80 %. Du fait du

volume important d’eaux usées présent, le bassin d’égalisation amorti les pics de charges (charges

organique, pH, MES) en sortie avant envoi vers le réacteur ;

L’unité de pompage intermédiaire ou bassin de correction :

Sert de transition du tank d’égalisation vers le réacteur UASB ; C’est à cette étape que se

fait la correction du pH de l’eau.

L’unité de traitement anaérobie :

C’est le réacteur UASB qui constitue le cœur du traitement des eaux usées, il assure la

dégradation de la matière organique ;

D’un tank d’aération :

Il s’agit du post d’aération pour favoriser la dissolution de l’oxygène mais également

l’élimination des odeurs notamment le H2S produit par les autres bassins.

D’un tank de stockage de boue :

Pour stocker provisoirement les boues en excès

L’unité d’incinération du biogaz :

Le biogaz y est brulé par une torchère pour empêcher tout rejet dans l’atmosphère et cela est

suivie en permanence sur l’écran de contrôle.

Puis des installations annexes dont le laboratoire, et le local de pilotage.


Figure 12 : Organigramme de fonctionnement.


3. Diagnostic et état des lieux du système de gestion des eaux usées et de traitement.

Le diagnostic a consisté à faire un suivi sur le réseau de collecte. C’est dans cette même

vision que l’observation du fonctionnement des ouvrages des différentes étapes de traitement a été

faite.

4. Evaluation de la capacité épuratoire de la STEP : paramètres de fonctionnement.

Le calcul de ces paramètres a été réalisé dans un premier temps pour l’état des lieux du

fonctionnement, et ensuite pour apprécier les possibilités d’optimisation.

Temps de séjour hydraulique (TSH).

Le temps de séjour hydraulique correspond au temps total requis par l’eau usée pour s’écouler

à travers tout le système. Le TSH est calculé en divisant le volume total par le débit d’eau entrant.

Sous forme de formule, cela donne :

Equation 1 : temps de séjours hydraulique

Charge organique

Il s’agit de la quantité de matière organique envoyé au réacteur en une journée

Ou

Equation 2 : charge organique

Charge volumique

La charge volumique (Cv) correspond à la quantité de nourriture (DBO5 ou de DCO) traitée

par 1 m3 du volume du réacteur en un jour. Elle est calculée par la formule ci-dessous

TSH (heures)=𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(𝑚3)

𝐷𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡(𝑚3 ℎ)⁄

Co = Débit entrant (m³/jour) x DBO entrant (kg DBO/m³)

Co = Débit entrant (m³/jour) x DCO entrant (kg DCO/m³)

Cv(kgDBO/m3*jour) =𝐶ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑗𝑜𝑢𝑟𝑛𝑎𝑙𝑖𝑒𝑟𝑒(𝐾𝑔 𝐷𝐵𝑂 𝑗𝑜𝑢𝑟⁄ )

𝑉𝑎𝑐𝑡𝑖𝑓(𝑚3)


Ou :

Equation 3 : Charge volumique

Avec :

Charge organique journalière (kg DBO/jour) = Qin (m³/jour) x DBOin (kg DBO/m³)

Ou :

Charge organique journalière (kg DCO/jour) = Qin (m³/jour) x DCOin (kg DCO/m³)

Charge en boue

La charge en boue correspond à la quantité de matière organique (exprimée en DBO ou DCO)

pouvant alimenter 1 kilogramme de boue en 1 jour.

Ou

Equation 4 : Charge en boue

Rendement épuratoire

L’efficacité de suppression d’une station d’épuration est représentée par la corrélation entre

la quantité X (DCO, DBO, N, P, etc.) entrant le système avec l’eau usée et la quantité X (DCO,

DBO, N, P, etc.) qui le quitte avec l’effluent.

Elle est donc exprimée sous forme de pourcentage de quantité X de l’affluent éliminé.

Ceci peut être formulé comme suit :

En général :

X-efficacité abattement (%) = (X affluent – X effluent) /X affluent x 100

Spécifique :

Efficacité abattement DCO (%) = (DCO affluent – DCO effluent) /DCO affluent x 100

Efficacité abattement DBO (%) = (DBO affluent – DBO effluent) /DBO affluent x 100

Charge en boue( kgDBO /kgMS*jour ) =𝐶ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑗𝑜𝑢𝑟𝑛𝑎𝑙𝑖𝑒𝑟𝑒(𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝐷𝐵𝑂 𝑗𝑜𝑢𝑟)⁄

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑓 (𝑚3)∗𝑀𝑎𝑡𝑖𝑒𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐ℎ𝑒 (𝐾𝑔 𝑚3⁄ )

Charge en boue(kgDCO/ kgMS *jour) =𝐶ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑗𝑜𝑢𝑟𝑛𝑎𝑙𝑖𝑒𝑟𝑒(𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝐷𝐶𝑂 𝑗𝑜𝑢𝑟)⁄

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑓 (𝑚3)∗𝑀𝑎𝑡𝑖𝑒𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐ℎ𝑒 (𝐾𝑔 𝑚3⁄ )

Cv(kg DCO/m3*jour)=𝐶ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑗𝑜𝑢𝑟𝑛𝑎𝑙𝑖𝑒𝑟𝑒 (𝑘𝑔𝐷𝐶𝑂 𝑗𝑜𝑢𝑟)⁄

𝑉𝑎𝑐𝑡𝑖𝑓(𝑚3)


Efficacité abattement TN (%) = (TN affluent – TN effluent) /TN affluent x 100

Efficacité abattement TP (%) = (TP affluent – TP effluent) /TP affluent x 100

Vitesse ascensionnelle

La vitesse ascensionnelle correspond à la vitesse ou vélocité à laquelle l’eau entre dans le

réacteur par le bas et remonte vers le haut du réacteur.

Ce paramètre est normalement exprimé en m/h et défini comme suit :

Equation 5 : Vitesse ascensionnelle

NB : Ce paramètre est d’une extrême importance puisqu’il est responsable (avec la

production de biogaz) du bon contact/mélange entre la biomasse contenue dans le réacteur et l’eau

usée arrivant.

5. Evaluation de la performance épuratoire de la STEP : Caractérisation des eaux usées

5.1.Echantillonnage et prélèvement et Analyse physico-chimique

Plusieurs paramètres ont permis de caractériser la pollution physico-chimique et la pollution

organique contenues dans les eaux usées. Ce sont : le pH, les MES, la DBO5, la DCO, l’azote total,

et le phosphore total. Toutes les mesures effectuées, fait de manière ponctuel ont été réalisées dans

le laboratoire de la STEP conçu à cet effet.

Les prélèvements ont été faits en trois points précis à savoir le tank d’égalisation, au niveau

du réacteur, et à la sortie de la station. 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 réacteur

UASB ont été fait pour apprécier les paramètres de fonctionnement de la station. Les prélèvements

à l’entrée de la station sont faits après l’unité de prétraitement

Vitesse ascensionnelle = 𝐷𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡 𝑑𝑎𝑛𝑠 𝑙𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑒𝑢𝑟(𝑚3 ℎ)⁄

𝑆𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 𝑑𝑢 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑒𝑢𝑟(𝑚2)


Figure 13 : Points de prélèvement des échantillons

Tableau II : Méthodes d'analyse des paramètres de pollution

Paramètres Unité Méthode d’analyse

pH - pH-mètre 7110 WTW

MES mg/L Méthode par filtration

DCO mg/L Méthode standard

DBO5 mg/L Méthode aux oxitops

AGV Mg/L Colorimètre DR/890

Azote mg/L Méthode de minéralisation au HACH DRB 200

Phosphore mg/L Méthode de minéralisation au HACH DRB 200

CF Ufc/100ml Ensemencement sur gélose spécifique (Chromocult Agar ES pour coliformes)

5.2.Analyse bactériologique

L’analyse bactériologique a été réalisé par un laboratoire prestataire en Afrique du sud et

la méthode utilisée est celle de l’ensemencement dans la masse dans le milieu de culture sélectif

Entrée Eau Usée Unité de prétraitement Tank

d’égalisation

Reacteur

UASB

Bassin

d’aeration Sortie eau traitee

Sens de l’écoulement

Point de prélèvement


du Chromocult coliforme Agar ES. Les coliformes fécaux ont été ensemencés sur ce milieu et

incubé à 44,5°C pendant 18 à 24 h.

Tableau III : La fréquence des analyses se résume dans le tableau ci-dessous :

Analyse Influent Effluent anaérobie Effluent final Boue

pH 1x/jour 1x/jour 1x/jour

DCO totale 1x/jour 1x/jour 1x/jour

DCO filtrée Si nécessaire

AGV 1x/jour 1x/jour 1x/jour

MES 1x/jour 1x/jour 1x/jour

Azote total + NH4+-N+ NO3

—-N 2 x/semaine 2 x/semaine

Phosphore total + PO43--P 2 x/semaine 2 x/semaine

Température 1x/jour 1x/jour 1x/jour

CF 1x/3mois

6. Proposition de solutions

6.1.Solution1 : Dimensionnement d’une fosse septique

Une fosse septique est généralement composée de deux compartiments, dont le premier

occupe au moins les deux tiers de la longueur totale. C’est dans ce compartiment que se dépose la

majorité des boues.

Figure 14 : schéma d’une fosse septique


Une formule simple de calcul du volume total utile d’une fosse septique est la suivante :

Equation 6 : volume d’une fosse septique

Avec :

• V = volume total utile (en litres).

• P = nombre de personnes utilisant la fosse.

• R = temps de rétention (au minimum 1 jour).

• Q = volume d’eaux usées par personne par jour (l/personne/jour).

Le premier compartiment aura généralement un volume égal à 2/3 × V et le second

compartiment un volume égal à V/3. La longueur de la fosse est prise au double de la largeur de la

fosse pour le plus grand compartiment, alors que le plus petit compartiment a un périmètre carré.

𝐿 = 2 ∗ 𝑙

Equation 7 : Longueur de la fosse

6.2.Solution 2 : dimensionnement de la phase aérobie complémentaire

Nous avons porté notre choix sur une boue activée et non sur les autres procédés de traitement

aérobie notamment le lit bactérien et le disque biologique pour plusieurs raisons. Elle assure

couplée à un bassin anoxie et une déphosphatation biologique ; une bonne élimination en premier

lieu, des paramètres DBO, DCO, MES, Azote et Phosphore. Ensuite elle est adaptée pour la

protection des milieux sensibles. En outre une boue activée est moins couteuse par rapport aux

investissements de mise en œuvre du lit bactérien et du disque biologique, elle n’est pas sensible

aux colmatage et ne nécessite pas des prétraitements efficaces.

6.2.1. Critère de conception du bassin d’aération

Les bassins d’aération sont des réacteurs biologiques dans lesquels s’effectue

l’élimination de la matière organique par les microorganismes aérobies. Ils constituent un élément

fondamental de la filière boues activées. Nous avons opté pour un le traitement par les boues

activées à faible charge suite au calcule du rendement d’élimination obtenue (92%).

𝑉 = 3 × 𝑃 × 𝑅 × 𝑄


- Une charge massique : 0,1 Cm 0,2 kg DBO5 / kg MVS J

- Une charge volumique : 0,35 Cv 0,5 kg DBO5 / J

- Une hauteur du bassin d’aération comprise entre 3 et 5m.

Charges polluantes en DBO5

Les charges polluantes en DBO5 à l’entrée du bassin d’aération seront notées

(L0) DBO5 = L0 = (270 valeur max le long du stage *2400)

La concentration en DBO5 à la sortie doit répondre aux normes de rejets établies par l’OMS

qui est 30mg /l, d’où la charge à la sortie :

DBO5 La charge en éliminée est :

Equation 8 : les charges DBO5

Rendement d’élimination

Ce rapport est donné par :

Equation 9 : rendement d’élimination

Ce rendement est compris entre l’intervalle 90-97, donc nous somme en faible charge

Volume du bassin d’aération

La connaissance de la charge volumique est indispensable pour le dimensionnement du

bassin ; Dans notre cas la valeur de la Cv est faible, on aura donc un volume du bassin grand, et

des temps de séjours et de contacte important. En conséquence le phénomène de dégradation de la

pollution est très développé.

Le volume du bassin est déduit de la charge volumique Cv :

Equation10 : Charge volumique

Ls DBO5 = Ss ∗ Qj

𝐿𝑒 = 𝐿𝑜 – 𝐿𝑠

R=𝐿𝑜−𝐿𝑠

𝐿𝑜∗ 100

Cv=𝐶ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑒𝑛 𝐷𝐵𝑂5 à 𝑙 𝑒𝑛𝑡𝑟é𝑒(

𝑘𝑔

𝑗)

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑢 𝑏𝑎𝑠𝑠𝑖𝑛


Pour le traitement à faible charge : 0,35 < Cv < 0,5 Kg DBO5/ m3 j

La hauteur du bassin

Elle est prise généralement entre 3 et 5m. La hauteur de revanche du bassin doit être h 80 cm.

Surface horizontale du bassin

Équation 11 : surface horizontale du bassin

Calcul de la largeur du bassin

Pour les dimensions nous prendrons comme base de calcul la relation Suivante

Equation 12 : largeur du bassin

Calcul de la longueur du bassin

Equation 13 : longueur du bassin

Calcul du temps de séjour

Equation 14 : temps de séjours

La masse de boues dans le bassin

La masse de boue est déduite de la charge massique Cm :

Equation 15 : charge massique(Cardot.C, 1999)

Sh =𝑉

𝐻=

1500

5

l = √𝑆ℎ

1,5 = √

300

1,5

L = 1,5 x l

Ts =𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑢 𝑏𝑎𝑠𝑠𝑖𝑛

𝐷𝑒𝑏𝑖𝑡 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑖𝑟𝑒

Cm=𝐶ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑒𝑛 𝐷𝐵𝑂5 à 𝑙 𝑒𝑛𝑡𝑟é𝑒(

𝑘𝑔

𝑗)

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑢𝑒 𝑑𝑢 𝑏𝑎𝑠𝑠𝑖𝑛 (𝑘𝑔) (kgDBO5 /kg MVS/j)


Pour le traitement à faible charge :0,1 < Cm < 0,2 Kg DBO5/ m3 j (KONATE 2016)

On prendra : Cm =0,2 kgDBO5 /kg MVS/j.

La concentration de boue dans le bassin

Equation 16 : concentration de boue

Besoin en oxygène théorique :

Pour favoriser la réaction aérobie qui est plus rapide que la fermentation anaérobie, il faut

que le milieu contienne une concentration suffisante en oxygène. Les bactéries constituant la boue

activée ont besoin d’oxygène d’une part pour se nourrir puis se développer à partir de la pollution

éliminée et d’autre part assurer la dégradation de la matière organique ; cet oxygène est apporté

généralement par un aérateur. La quantité théorique d’oxygène est la somme de celle nécessaire à

la synthèse et celle nécessaire à la respiration endogène. Elle est donnée par la relation :

Equation 17 : Besoin en oxygène(GAID A., 1984)

q02: Besoin en oxygène (Kg/j).

Le : la charge en DBO5 éliminée.

Xa : masse totale de boues présente dans le bassin d’aération (kg)

Les paramètres a’ et b’ sont des coefficients déterminés expérimentalement sous une

température de 20°C.

a’ : besoin pour la synthèse de la biomasse.

b’ : besoin pour la respiration.

[𝑋𝑎] =𝑀𝑏

𝑉𝐵

𝑞𝑂2 (𝑘𝑔

𝑗) = (𝑎’ 𝑥 𝐿𝑒) + (𝑏’ 𝑥 𝑋𝑎)


Tableau IV : valeurs de a’ et b’ en fonction du type de traitement par boues activées

Type de traitement a’ b’

Faible charge 0,65 0,065

Moyenne charge 0,60 0,08

Forte charge 0,55 0,12

• La quantité d’oxygène journalière

Equation 18 : quantité d’oxygène journalière

• La quantité d’oxygène nécessaire par m3 du bassin

Equation 19 : quantité d’oxygène nécessaire

• Besoin réel en oxygène

Pour passer des besoins théoriques aux besoins réels, il y’a lieu d’appliquer un coefficient.

La capacité d’oxygénation réelle sera calculée par la formule suivante :

Equation 20 : Besoin réel en oxygène

Avec Tc : Coefficient correctif déterminé par un produit des facteurs de correction suivants :

𝑇𝑐 = 𝑇𝑒 𝑇𝑡 𝑇𝑑

Avec Te : Est le rapport d’échange eaux usées – eaux épurées

Te = 𝐶𝑠(𝑒𝑎𝑢 𝑢𝑠𝑒𝑒)

𝐶𝑠(𝑒𝑎𝑢 é𝑝𝑢𝑟é𝑒)

Avec Tt : Correcteur de la vitesse de transfert en fonction de la température

Tt = 1,02t10

Avec : Td Correcteur de déficit en oxygène

𝑞𝑂2 (𝑘𝑔/𝑗) = (𝑎’ ∗ 𝐿𝑒) + (𝑏’ ∗ 𝑋𝑎)

𝒒𝑶𝟐 = 𝑞𝑶𝟐 / 𝑉

𝑞′𝑂2 =𝑞 𝑂2

𝑇𝑐


Cs 20°C : Concentration d’oxygène à la saturation pour T en °C

CL : Concentration d’oxygène dissous dans la masse liquide à la température de 30°C comprise

entre 1 et 2 mg/l.

Td=𝐶𝑠 20°𝐶−𝐶𝐿

𝐶𝑠 10°𝐶

Cs =468,41

31,64+𝑇°𝐶

A 20°C on a Cs = 9,07 mg/l

A 10°C on a Cs = 11,25 mg/l

• Puissance nécessaire à l’aérateur

Nous opterons pour un aérateur de surface. Les apports spécifiques des aérateurs de surface

ont souvent été compris entre 1 et 2 Kg (O2) /Kwh (SATIN M., SELMI B.) et on peut considerer

qu’un bon aerateur de surface (faible vitesse) apportera de1,5 à 2 Kg O2/Kwh (Valiron F 1989)on

prend Ea =1,5 Kg(O2) /Kwh

𝐸 =𝑞′𝑜2

𝐸𝑎

Equation 21 : Puissance nécessaire à l’aérateur

• Puissance de brassage

La puissance spécifique absorbée (P) pour les aérateurs de surface est Pc = 80W/m2.

(C.Cardot, 1999)

Equation 22 : Puissance de brassage

• Nombre d’aérateurs

𝑵 =𝑬

𝑬𝒃

Equation 23 : Nombre d’aérateurs

• Bilan de boues

- Calcul de la quantité des boues en excès

𝐸𝑏 = 𝑆ℎ ∗ 𝑃𝑐


Les boues en excès sont proportionnelles à la quantité de la DBO5 éliminée (Se), et dépendent

de la charge massique dans le bassin d’aération.

Elle est déterminée par la formule d’ECKENFELDER :

Equation 24 : formule d’ECKENFELDER(GAID A., 1984)

Avec :

∆X = quantité des boues en excès en (Kg/j).

Smin = masse MMS de l’eau brute évaluée généralement à 30% des MES

Sdur = Masse de MES difficilement biodégradable évaluée à 30% des MVS

Le = Masse de DBO5 éliminée par jour

Sv = Masse de boues organiques dans le bassin d’aération en Kg de MVS

Seff = Masse de boues évacuées avec l’effluent traité en Kg de MES par jour

am = Biomasse produite

b = fraction de la biomasse cellulaire éliminé par jour

Les coefficient am et b dépendent de la charge massique de la station d’épuration comme le

présente le tableau ci-dessous

Tableau V : coefficient d’ECKENFELDER

Valeur de Cm 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Valeur de am 0,66 0,59 0,56 0,53 0,5

Valeur de b 0,065 0,07 0,07 0,07 0,07

- Concentration des boues en excès

En fonction de l’indice de boue observé, il existe une valeur Cbr (concentration en MES dans

la boue re-circulée) théorique limite qui ne peut être dépassée. Ainsi,

si Im < 200 mL.g-1 Cbr limite à retenir = 1000

si Im > 200 mL.g-1 Cbr limite à retenir = 1200

Elle se calcule par la relation suivante :

∆𝑋 = 𝑆𝑚𝑖𝑛 + 𝑆𝑑𝑢𝑟 + 𝑎𝑚𝐿𝑒 − 𝑏𝑆𝑣 − 𝑆𝑒𝑓𝑓


Equation 25 : concentration des boues en excès

Xm : concentration des boues en excès

Im : indice de Mohlman. Il indique la bonne décantabilité des boues.

Si on suppose que les boues se décantent bien, l’indice de Mohlman se situe entre 100 et 150.

L’indice de Mohlman ou encore l’indice d épaississement est le volume occupé dans l’éprouvette

de 1000 ml par 1g de boue sans dilution après une décantation de 30 min.

- Débit de boue en excès

Equation 26 : Débit de boue en excès

- Débit spécifique par m 3 de bassin

Equation 27 : Débit spécifique

- Les boues recyclées

Dans le but de maintenir une concentration relativement constante de boues dans le bassin

d’aération, d’assurer une optimisation de l’activité de la biomasse bactérienne et d’éviter

l’accumulation des boues dans le clarificateur, on procède à un recyclage d’une partie des boues

dans le bassin d’aération. En effet, si la quantité de boues recyclées est insuffisante, le volume des

boues stockées dans le décanteur secondaire sera trop important.

Dans ce cas, on assiste à un passage en anaérobiose, dans certains cas on assiste au

phénomène de dénitrification suivit d’une remontée des boues dans le clarificateur.

Le taux de recyclage

Il peut varier de 15à 100% de débit de l’effluent produit Il est donné par l’expression

suivante :

𝑋𝑚 = 𝐶𝑏𝑟

𝐼𝑚

𝑄 =∆X

Xm

𝑄𝑠 =∆𝑋

𝑉


𝑇𝑟 =100∗[𝑋𝑎]

1000

𝐼𝑚−[𝑋𝑎]

(BERNARD J, Caerels C., Dieblot G., Dupouy A 2005)

Avec Tr : le taux de recyclage (%)

[𝑋𝑎] : concentration des boues dans le bassin = 2,5 kg/m3

Débit des boues recyclées

𝑄𝑟 = 𝑇𝑟 ∗ 𝑄𝑗

Age des boues

C’est le rapport entre la quantité de boues présentes dans le bassin d’aération et la quantité

de boues retirées quotidiennement.

𝐴𝑏 =𝑋𝑎

∆𝑋

6.2.2. Conception du clarificateur

Le clarificateur a pour but la séparation des flocs biologiques de l’eau à épurer. Les boues

déposées dans le clarificateur sont recirculées vers le bassin d’aération afin d’y maintenir une

concentration quasi constante en bactéries et les boues en excès sont évacuées vers les installations

de traitement de boues (épaississement, déshydratation). Les eaux épurées sont renvoyées vers le

milieu naturel.

On prendra comme données de base pour le dimensionnement :

- Temps de séjour (généralement compris entre 1,5 et 2h) (MEZIANI F. Z, 2016): on prendra

2h pour éviter tout passage de la boue a l’état anaérobie

- Débit horaire :100m3/h

- La vitesse ascensionnelle est de l’ordre de : Vasc = 1.2m / h (MEZIANI F. Z, 2016)

Volume du clarificateur

Equation 28 : Volume du clarificateur

Surface du clarificateur

Equation 29 : Surface du clarificateur

𝑉 = 𝑄 ∗ 𝑇𝑠

𝑆 =𝑄𝑚𝑎𝑥

𝑉𝑎𝑠𝑐


Hauteur du clarificateur

Equation 30 : Hauteur du clarificateur

Avec une revanche de 0,5 donc H=3m

Diamètre du clarificateur

Equation 31 : Diamètre du clarificateur

Temps de séjour

Equation 32 : temps de séjours

6.2.3. Dimensionnement d’un épaississeur

Calcul du débit journalier de boues entrant dans l’épaississeur

Equation 33 : débit journalier de boues

Volume de l’épaississeur

Equation 34 : Volume de l’épaississeur

Avec : Ts : temps de séjours

𝐻 =𝑉

𝑆

𝐷 = √4 ∗ 𝑆𝐻

𝜋

𝑇𝑠 =𝑉

𝑄𝑚𝑎𝑥

𝑄 =∆𝑋

[𝑏]

𝑉 = 𝑄 ∗ 𝑇𝑠


Surface horizontale

Equation 35 : Surface horizontale

7. Etude financière

On évaluera le coût de construction des ouvrages de génie civil en prenant en compte leur

surface et le prix par mètre carré de chaque unité. On y intègrera le coût du matériel technique

nécessaire à la viabilisation du projet.

𝑆ℎ = 𝑉 / 𝐻


VI. RESULTATS ET DISCUSSION

1. Diagnostic du système de gestion

1.1.Diagnostic du réseau de collecte

Les eaux usées de la brasserie sont gérées par un réseau d’égouts séparatif. Les systèmes de

flux et les systèmes de traitement des différents catégories d’eaux usées sont physiquement

séparées. Tout d’abord les eaux pluviales sont drainées par les caniveaux d’eaux pluviales puis

renvoyées vers le point de décharge des eaux traitées, ensuite les eaux sanitaires sont collectées

dans les fosses septiques au sein de l’usine, puis pour finir les eaux usées de procédé et les eaux de

refroidissement sont collectées en différents points de l’usine puis envoyées vers la STEP pour

traitement anaérobie. Toutefois il a été constaté lors de la visite qu’à certains endroits les eaux de

toilettes se retrouvent mélangées aux eaux de procèss.

Les inspections sur le terrain nous on permit de déceler quelques non conformités :

• Notamment en premier lieu le fait que la bâche des eaux de procèss sortie brassage,

communique avec la fosse septique recueillant les eaux de toilettes du bâtiment administratif.

• Les eaux vanne du bureau Méthode, Directeur Maintenance, et du Directeur technique sont

en réalité envoyées dans le bac des eaux usées issus de la fermentation (eaux usées de process)

• Et pour finir nous avons constaté que les eaux toilettes des vestiaires passent par des fosses

septiques pour la décantation alors que le surnageant est envoyé vers le bassin de pompage des

eaux usées de process puis dirigé vers la STEP.

1.2.Diagnostic du Système de traitement

1.2.1. L’unité de prétraitement

Il est compose d’un dégrilleur statique fin, d’un déshuileur et d’un dessableur.

Le dégrilleur statique fin

Fonctionnement : L’eau usée passe à travers un dégrilleur statique fin dont le but est d’enlever

les particules solides avant de tomber dans le déshuileur-dessableur. C’est la première étape du

traitement physique des eaux usées. Le dégrilleur statique élimine les fines particules solides afin

de protéger les pompes et le procédé anaérobie de toute surcharge éventuelle en MES. Les solides

séparés par le dégrilleur sont déversés dans un container.


Tableau VI : caractéristique du dégrilleur

Caractéristiques Dégrilleur

Capacité 150 m³/h

Taille des pores: 1 mm

MES max.: 500 mg/l

Le déshuileur-dessableur :

Fonctionnement : Le déshuileur/dégraisseur permet de capturer les huiles et graisses arrivant

vers la station. Il est conçu en génie civil de sorte à séparer les matières flottantes (graisses ou huile

de vidange) et les matières décantables (sable) des eaux usées. Une couche flottante se forme à la

surface de l’eau. Cette couche doit être supprimée régulièrement à l’aide d’un racleur. Le sable

déposé au fond doit être curé régulièrement.

Tableau VII : caractéristique du déshuileur –dessableur

Caractéristiques Déshuileur –dessableur

Longueur 6 m

Largeur 3,8 m

Hauteur 2,8 m

Niveau d’eau 1,5 m

Volume d’eau 34,2 m3

TSH 11,5 min

Matériau de construction Béton


Le puits de relevage

Fonctionnement : La STEP dispose de trois pompes dote d’une capacité de 50 m³/h qui

s’assurent du transfert de l’eau usée brute vers le bassin d’égalisation. Ce puits est équipé d’un

transmetteur de niveaux qui contrôlent les 3 pompes. Les pompes fonctionnent : selon une

configuration cumulative selon le niveau d’eau à l’intérieur, de 0 à 3 pompes peuvent fonctionner

: la première démarre lorsqu’un niveau haut est atteint, la seconde lorsqu’un niveau plus haut est

atteint et la troisième pompe démarre quand un niveau encore plus haut est atteint. Toutes les

pompes s’arrêtent lorsqu’un niveau bas est détecté.

Tableau VIII : caractéristique du Puits de relevage

Caractéristiques Puits de relevage

Longueur 2,8 m

Largeur 3,8 m

Hauteur 2 m

Niveau d’eau 2,5 m

Volume d’eau 19 m3

TSH 9,7 min


1.2.2. Le bassin d’égalisation

Fonctionnement : L’eau usée pompée du puits de relevage tombe dans le bassin d’égalisation.

Le bassin d’égalisation est agité en continu par un mélangeur immergé. Un transmetteur de

pH/température surveille le pH, la température dans le bassin et génère des alarmes en cas de niveau

trop bas ou trop haut. Le bassin d’égalisation est aussi équipé d’une mesure de niveau. En mode «

niveau constant », ce transmetteur contrôle le débit envoyé vers le bassin de correction. Au-dessus

d’une certaine valeur, la vanne d’alimentation s’ouvre et l’eau usée s’écoule par gravité vers le

bassin de correction.


Tableau IX : Caractéristiques du bassin d’égalisation

1.2.3. Le bassin de correction

Fonctionnement : L’eau est ensuite acheminée vers le bassin de correction et mélangée à

l’effluent anaérobie recyclé de l’UASB. Le pH est ajusté (si nécessaire) en ligne entre le bassin de

correction pH et le réacteur UASB. Pour une performance optimale du réacteur UASB, le pH doit

être maintenu entre 6,5 et 7,5 dans le réacteur. Pour maintenir ces conditions optimales, le pH est

donc corrigé juste avant d’entrer dans le réacteur, par une pompe de dosage de soude en cas de pH

trop bas ou par la pompe de dosage d’acide en cas de pH trop haut.

Tableau X : Caractéristiques du bassin de correction

Caractéristiques Bassin de correction

Longueur (m) 4,6

Largeur (m) 4,6

Hauteur (m) 3

Niveau d’eau (m) 2,5

Volume (m3) 6,5

Caractéristiques Bassin d’égalisation

Diamètre (m) 13

Hauteur (m) 8,69


Volume (m) 1152,9

Volume d’eau (m3) 1101,1

TSHmin 10 ,6 heures

Matériau de construction Acier vitrifié



TSHmin 21


1.2.4. Le réacteur UASB

L’UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor) représente le cœur du traitement

biologique anaérobie.

Fonctionnement :

Il est alimenté par l’eau provenant du bassin de correction pH correction grâce à un système

de distribution comprenant plusieurs boucles d’alimentation installées sur le sol du réacteur. Les

boues granulaires convertissent la DCO en biogaz à l’intérieur du réacteur. Le biogaz, les boues et

l’eau traitée sont séparés en partie haute du réacteur grâce aux séparateurs 3 phases. Les granules

de boue restent ainsi à l’intérieur du réacteur.

Le biogaz est collecté dans des dômes et dirigé vers la torche. L’effluent anaérobie s’écoule

dans le bassin effluent anaérobie via les gouttières. Une partie de l’effluent anaérobie est ensuite

recyclée vers le bassin de correction pH. 5 points d’échantillonnage sont positionnés à différentes

hauteurs de l’UASB afin de déterminer le profil/ la répartition des boues anaérobies dans le

réacteur.

Le biogaz produit dans l’UASB est brulé dans la torche. Avant qu’il soit brulé, il passe à

travers un démisteur qui sert à protéger l’opération de la torche en éliminant les condensats présents

dans le biogaz.

Tableau XI : Caractéristiques du réacteur UASB

Caractéristiques Réacteur UASB

Diamètre (m) 13,33

Hauteur (m) 7,26



Volume (m3) 1012

Volume d’eau (m3) 969

TSHmin ∓ 8 heures

Charge organique max 7,6

Charge organique moyenne 6,9

Configuration Simple


1.2.5. Bassin effluent anaérobie

L’effluent de l’UASB est collecté dans le bassin effluent anaérobie. Tout le débit provenant

du bassin de correction pH arrive dans le canal. Il est ensuite divisé en deux, une partie de cet

effluent anaérobie est recyclé vers le bassin de correction, l’autre partie s’écoule vers le bassin de

ré-aération.

Tableau XII : Caractéristiques du bassin d’effluent anaérobie

Caractéristiques Bassin d’effluent Anaérobie

Diamètre (m) 1,8

Hauteur (m) 6


Volume (m3) 15,26


TSHmin 3,9

Matériau de construction HDPE


1.2.6. Bassin de ré-aération

Fonctionnement : L’effluent anaérobie s’écoule gravitairement vers le bassin de ré-aération.

Le temps de séjour de l’effluent dans le bassin de ré-aération est d’environ 2 heures (à débit

nominal). Il est doté d’un aérateur de type jet submersible qui tourne en continu.

Tableau XIII : Caractéristiques du bassin de ré- aération

Caractéristiques Bassin de ré-aération

Diamètre (m) 8

Hauteur (m) 4,37

Niveau d’eau (m) 4

Volume (m3) 219 ,5

Volume d’eau (m3) 201

TSHmin 2 heures


2. Fonctionnement de la STEP

2.1.Temps de séjour hydraulique (TSH)

Notre courbe présente des fluctuations au-dessus du seuil minimal fixé, alors que la

majeure partie des pics enregistrés restent entre l’intervalle 8 à 14. Tout au long du stage Nous

avons enregistré un pic très élevé voisinant les 25 à cause d’un problème dû aux travaux de

maintenance effectués en amont avec des rejets de substances toxiques


Figure 15 : courbe de variation du TSH

2.2.Charge organique.

On remarque que toutes nos valeurs sont en dessous du seuil fixé par le constructeur. En

moyenne on reçoit 36,76% et le maximum durant mon stage était à 78,62% cela signifie que la

station n’exploite pas à 100% sa capacité. En somme même si la production au niveau de l’usine

venait à augmenter nous estimons que la STEP devrait d’être en mesure de supporter largement les

charges.

Figure 16 : Courbe de charge organique

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

4 9

14

19

24

29

34

39

44

49

54

59

64

69

74

79

84

89

94

99

10

4

10

9

11

4

11

9

Tem

ps(

H)

Date (jr)

Variation du Temps de Séjour Hydraulique

0,00

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

7000,00

4 8

12

16

20

24

28

32

36

40

44

48

52

56

60

64

68

72

76

80

84

88

92

96

10

0

Qu

an

tité

(kg

DC

O/j

r)

Date(jr)

Charge organique

charge organique Seuil


2.3.Charge volumique

Même constat on niveau de la charge volumique, on enregistre une moyenne en pourcentage

de la charge volumique de l’ordre de 23,83%, la charge volumique maximale est de l’ordre de

37,22% et la charge minimale n’est que de 10,45%.la courbe traduit des valeurs bien en dessous

du seuil fixé par le constructeur. Pour une station anaérobie de type UASB on considère les charges

de 4 à 10kgDCO/m3*jr comme des charges normales.

Figure 17 : courbe de charge Volumique

2.4.Vitesse Ascensionnelle

Sur l’ensemble de la période du stage la vitesse dans le réacteur a plus fluctué autour de la

valeur 0,8 sauf le 11 octobre où l’on a une valeur en dessous du seuil inferieur mais qui

heureusement n’a pas tardé à reprendre des valeurs compris dans l’intervalle souhaité.

0

1

2

3

4

5

6

7

3 7

11

15

19

23

27

31

35

39

43

47

51

55

59

63

67

71

75

79

83

87

91

95

99

10

3

Qu

an

tité

(kg

DC

O/m

3)

Date(jr)

Charge volumique

Charge volumique Seuil


Figure 18 : courbe de vitesse Ascensionnelle

2.5.Charge en boue

La barre des 2,5 qui est celle du seuil n’a pas été atteint tout au long de mon stage. Cela

signifie que la quantité de boue présente est suffisante pour traiter les matières organiques présente

dans l’eau usée envoyée. Aussi on ne devrait pas en principe voir une si grande variabilité de la

courbe mais cela s’explique par les conditions d’échantillonnage lors des prélèvements.

Figure 19 : courbe de charge en boue

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Dat

es 2 6

10

14

18

22

26

30

34

38

42

46

50

54

58

62

66

70

74

78

82

86

90

94

98

10

2

10

6

11

0

11

4

11

8

Vit

esse

(m/h

)

Date (jr)

Vitesse Ascensionnelle

vitesse seuil inferieur seuil superieur

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Date 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Qu

an

tité

(k

gD

BO

/k

gM

S*

jou

r )

Date (jr)

Charge en boue

charge en boue seuil


3. La performance épuratoire de la STEP

3.1.Caractéristiques des eaux usées

Afin de déterminer la qualité des eaux usées de la station d'épuration de la Brasserie BB SA

Lomé, nous avons effectué les analyses de différents paramètres de pollution qui sont : le pH, les

matières en suspension (MES), la Demande Biochimique en Oxygène (DBO5), la Demande

Chimique en Oxygène (DCO), les acides gras volatils (AGV), l’Azote Total, et le Phosphore Total,

Le Tableau ci-dessous présente les résultats des paramètres de pollution des eaux usées brutes

admises à la station.

Tableau XIV : Paramètre de pollution des eaux brutes de la Station d'épuration

Paramètres Moy Min Max Ecart-type Nombre d'échantillons

DBO5 (mg/L) 1408 950 2350 345 18

DCO (mg/L) 1952 680 3220 547 105

MES (mg/L) 341 140 720 123 105

AGV (mg/L) 333 21 1052 189,6 105

Azote Total (mg/L) 37,32 20 60 11,59 31

Phosphore Total (mg/L) 15,25 4,8 26 5,7 31

pH 9,29 5,26 11,96 2,08 105

Tableau XV : Paramètre de pollution des eaux usées traitées de la Station d'épuration

Paramètres Moy Min Max Ecart-type Nombre d'échantillons

DBO5 (mg/L) 166,67 100 270 53,14 18

DCO (mg/L) 354,25 94 1185 217,73 105

MES (mg/L) 173,69 30 495 101,46 105

AGV (mg/L) 33,62 1 132 33,77 105

Azote Total (mg/L) 28,07 6,9 98 18,56 31

Phosphore Total (mg/L) 5,48 5,7 25,4 5,36 31

pH 7,67 7 8,5 0,28 105


.

Figure 20 : Courbe de Variation DCO

Durant notre stage, nous avons assister à une nette baisse de la DCO a la sortie sauf pendant

le mois d’octobre où les valeurs à la sortie étaient au-dessus du seuil fixé.

Concernant la courbe évolutive des acides gras volatiles, nettement inférieure aux valeurs

entrantes, les valeurs des AGV a la sortie quoique fluctuante n’ont jamais franchies la valeur seuil.

Figure 21 : courbe de variation des AGV

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

3 7 11 15 19 23 27 31 35 39 43 47 51 55 59 63 67 71 75 79 83 87 91 95 99

Co

nce

ntr

ati

on

(mg

/L)

Date (jr)

Variation Demande Chimique en Oxygène

DCO Entrée seuil entree DCO Sortie seuil sortie

0

200

400

600

800

1000

1200

3 7

11

15

19

23

27

31

35

39

43

47

51

55

59

63

67

71

75

79

83

87

91

95

99

10

3

Co

nce

ntr

ati

on

(m

g/L

)

Date (jr)

Variation des Acides Gras Volatils

AGV entree AGV sortie seuil


Les courbes évolutives de l’Azote et le Phosphore total sont celles qui retiendrons le plus

notre attention. On remarque qu’on note presque la même valeur aussi bien à l’entrée qu’à la sortie

ceci s’explique par le fait qu’en réalité la station ne traite pas ce type de pollution.

Figure 22 : courbe de variation de l’azote total

Figure 23 : courbe d’évolution du Phosphore total

Les Effluents de la STEP présentent des charges en coliforme fécaux variant d’un minimum

De 7,30E+02 et d’un maximum 5,90E+04 Ufc/100mL avec une moyenne de 3,06E+04

Ufc/100mL. Seul le mois d’octobre présente un résultat satisfaisant mais dans l’ensemble toutes

les valeurs sont supérieure au seuil fixe par l’OMS.

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Co

nce

ntr

ati

on

(m

g/L

)

Date (jr)

Variation de Azote

N total entree N total sortie seuil N

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Co

nce

ntr

ati

on

(m

g/L

)

Date (jr)

Variation du phosphore

P total entree P total Sortie seuil P


Figure 24 : courbe de variation des coliformes

3.2.Rendement épuratoire

Efficacité d’abattement DCO

Le taux d’abattement en DCO est dans l’ensemble satisfaisant car situé pour la plupart au-

delà de 80% seuil fixé. Toutefois à partir du jour 63 nous avons enregistré une baisse de

performance. Cela s’explique aux travaux de maintenance réalisé en amont au niveau de la

production. Nous estimons que des déversements non conformes aurait été effectué lors de la

maintenance inhibant ainsi l’activité biologique des boues au niveau de la STEP.

0,00E+00

1,00E+04

2,00E+04

3,00E+04

4,00E+04

5,00E+04

6,00E+04

7,00E+04

01

/11

/20

16

01

/12

/20

16

01

/01

/20

17

01

/02

/20

17

01

/03

/20

17

01

/04

/20

17

01

/05

/20

17

01

/06

/20

17

01

/07

/20

17

01

/08

/20

17

01

/09

/20

17

01

/10

/20

17

01

/11

/20

17

01

/12

/20

17

01

/01

/20

18

01

/02

/20

18

01

/03

/20

18

01

/04

/20

18

01

/05

/20

18

01

/06

/20

18

01

/07

/20

18

01

/08

/20

18

01

/09

/20

18

01

/10

/20

18

Co

nce

ntr

ati

on

(U

fc/1

00

ml)

Date (jr)

Variation de coliformes

coliformes ufc/100ml Seuil OMS ufc/100ml


Figure 25 : courbe d’abattement DCO

Efficacité d’abattement MES

Les rendements épuratoires en MES brute sont moins satisfaisants que ceux de la DCO. Néanmoins

l ’abattement de MES présente une moyenne de 48% et un max de 92%.

Figure 26 : courbe d’abattement MES

-40%

-20%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1 5 9

13

17

21

25

29

33

37

41

45

49

53

57

61

65

69

73

77

81

85

89

93

97

10

1

10

5

ME

S (

%)

Date (jr)

%Abattement MES

DC

O (

%)

Date (jr)


Efficacité d’abattement Azote

Les performances épuratoires de la STEP de la Brasserie en matière d’azote sont très faibles et

instable. Les abattements moyens en azote ammoniacal varient entre -85 et 85% avec une moyenne

de 23%. L’élimination de l’azote était instable avec un rendement moyen de 23 % pour le

phosphore total.

Figure 27 : histogramme de rendement d’Azote.

Efficacité d’abattement du Phosphore

En ce qui concerne le phosphore la moyenne en abattement présente un taux négatif de -11% et

son seuil max est seulement de 51%. Le réacteur UASB présente donc des valeurs insatisfaisantes

en matière d’élimination du phosphore et de ce fait une grande quantité est toujours déversée dans

la nature.

11

%

61

%

44

% 58

%

-14

%

39

% 46

%

70

%

-27

%

26

%

27

%

7% 10

%

47

% 55

%

14

%

-37

%

46

%

31

%

-53

%

20

% 36

%

67

%

-50

%

42

% 54

%

77

%

0%

12

%

85

%

-85

%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 3 2

Azo

te (

%)

Date (jr)

RENDEMENT AZOTE

Rendement Ntotal


Figure 28 : histogramme de rendement du Phosphore

4. Forces et faiblesses de la STEP

Evaluer les forces et faiblesses de la STEP revient à porter toute notre attention sur le

réacteur. Le principe de L’UASB, comme tout système de traitement, présente des avantages et des

inconvénients.

Tableau XVI : avantage et inconvénient du système UASB

-27

%

19

%

37

%

-46

%

3%

43

%

-56

%

12

%

51

%

-8%

-70

%

-5%

38

%

-28

%

-10

4%

3%

-90

%

-1%

5%

-91

%

-2%

-28

%

-22

%

-23

%

10

%

-18

%

40

%

-28

%

-6%

50

%

7%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 3 2

P t

ota

l (%

)

Date (jr)

RENDEMENT PHOSPHORE

Rendement Ptotal

Forces Faiblesses

Aucun besoin de supports(garnissage)pour la

conservation de biomasse.

Inefficace pour un traitement secondaire complet, une

étape de post traitement est nécessaire afin d’augmenter

l’élimination de la matière organique et des

nutriments(azote, phosphore)

Mise en route immédiate si correctement

inocule avec de la biomasse active

Faibles rendements a la température de l’eau en dessous

de 200C

Besoins opérationnel et d’entretien sont

simples et économiques

Mise en place trop lente si aucun inoculation préalable

de la biomasse n est faite (plusieurs mois sont

nécessaires)


5. Rétablissement du système séparatif de collecte des eaux usées

Dans le but de rétablir le système séparatif initial de la Brasserie, nous avons eu l’idée de

dimensionner des fosses septiques a des endroits clé en vue d’éviter que les eaux de toilettes se

retrouve avec les eaux destinées à la STEP.

Tableau XVII : caractéristique de la fosse septique

Volume Longueur

(les deux compartiment) Largeur Profondeur nombre

672 m3 24 m 8 m 3.5 4


Figure 29 : Plan de localisation des fosses septiques


6. Proposition d’une phase aérobie complémentaire à la STEP

La proposition de la phase aérobie complémentaire a été faite en tenant compte du fait qu’on

aimerait affiner le rendement des valeurs des paramètres de pollution à la sortie du réacteur UASB

pour répondre au norme de rejet de l’OMS.de l’une des faiblesses soulignées au réacteur

notamment l’incapacité de l’élimination du phosphore et de l’azote (la moyenne en abattement de

l’azote étant de 23 % contre -11% pour le phosphore) on envisage donc plus tard de mettre un

bassin anoxie et des procédés biologique de déphosphatation couplés à la phase aérobie . Cet aspect

retient particulièrement notre attention car le rejet excessif de l’azote et du phosphore entraine

l’eutrophisation qui constitue une menace aussi bien sur la faune que la flore.

Tableau XVIII : caractéristique des ouvrages de la phase aérobie complémentaire

Désignations Unité Valeur

Données de base

DBO5 entrant

MES

Cm

Cv

Kg/j

Kg/j

kgDBO5/kg MVS/j

kgDBO5/j

750

720

0,2

0,5

Dimensionnement du bassin d’aération

Volume du bassin

Hauteur du bassin H

Surface horizontale du bassin Sh

Largeur du bassin B

Longueur du bassin L

La masse de boues dans le bassin Xa

Concentration de boues dans le bassin [Xa]

Temps de séjours Ts

m3

m

m2

m

m

Kg

Kg/m3

h

1500

5

300

14,5

21

3750

2,5

15

Dimensionnement du clarificateur

Volume du bassin V

Surface horizontale du décanteur Sh

m3

m2

200

84


Hauteur du décanteur

Le diamètre du décanteur

Le temps de séjours Ts

m

m

h

2,5

16

2

Besoin en oxygène

Quantité d’oxygène théorique journalière qo2

Capacité d’oxygénation réelle

La quantité d’oxygène horaire qo2/24

La quantité d’oxygène nécessaire pour un m3 du bassin qo2/m3

KgO2/j

kgO2/j

KgO2/h

KgO2/m3j

28,52

863,49

35,98

0,4323

Calcul de l’aérateur

Calcul de la puissance nécessaire à l’aération Wa

Calcul de la puissance de brassage

Le nombre d’aérateurs

Kw

Kw

-

23,99

241

1

Bilan de boues

Calcul de la quantité des boues en excès Δx

Concentration de boues en excès (Xm)

Le débit de boues en excès Q

Le débit spécifique par m 3 de bassin qsp

Le taux de boues recyclées R

Age des boues Ab

Kg/j

Kg/m3

m3/j

Kg/m3.j

%

j

432,72

7,69

56,27

0,2885

48,16

8

Dimensionnement d’un épaississeur

Le débit entrant dans l’épaississeur

Volume de l’épaississeur

Surface horizontale

Hauteur

Diamètre

m3

m2

m

m

m

43,272

86,544

24,27

3,5

6


Figure 30 : plan d’installation de la phase aérobie complémentaire


VI. ETUDE FINANCIERE

Dans cette partie, nous avons voulu estimer les coûts d’investissement et de fonctionnement

de la phase aérobie que nous avons proposés ainsi que celui des différentes fosses septiques. En ce

qui concerne les travaux de génie civil nous avons présenté les détails dans le tableau ci-dessous :

Tableau XIX : devis des travaux de la solution 1 et 2

N0 prix Désignation des travaux U Qtés Prix Prix

Unit total

100 INSTALLATION

101 Amenée et mise en place des installations générales FF 1 6 000 000 6 000 000

102 Laboratoire de chantier et son fonctionnement Mois 1 3 000 000 3 000 000

103 Assurance qualité FF 1 2 000 000 2 000 000

104 Implantation du projet FF 1 1 500 000 1 500 000

105 Repliement des installations FF 1 2 500 000 2 500 000

Sous total O 15 000 000

200 BASSIN D'AERATION

201 TERRASSEMENTS

202 fouilles m3 1 584 5 000 7 920 000

203 évacuation de déblais m3 1 584 2 000 3 168 000

204 remblai de fouilles m3 366 2 000 732 000

205 BETON

206 béton de propreté 5 cm (150 kg) m3 17 60 000 1 003 500

207 béton armé voiles (350 kg) m3 107 85 000 9 052 500

208 béton arme radiers (350 kg) m3 91 85 000 7 764 750

209 Mise en place FF 215 19 500 4 184 213

210 ETANCHEITE

211 étanchéité du radier en géotextile m2 305 5 000 1 522 500

212 étanchéité des parois en géotextile m2 355 5 000 1 775 000

Mise en place m2 660 2 000 1 319 000

Sous total I 38 441 463


300 CLARIFICATEUR

301 TERRASSEMENTS

302 fouilles m3 942 5 000 4 712 389

303 évacuation de déblais m3 942 2 000 1 884 956


305 BETON

306 béton de propreté 5 cm (150 kg) m3 4 60 000 254 846



309 Mise en place FF 131 19 500 2 546 990

310 ETANCHEITE

311 étanchéité du radier en géotextile m2 85 5 000 425 000


Mise en place m3 286 2 000 572 000

Sous total II 22 248 995

400 EPAISSISEUR

401 TERRASSEMENTS

402 fouilles m3 236 5 000 1 178 097

403 évacuation de déblais m3 236 2 000 471 239


405 BETON




409 Mise en place FF 118 19 500 2 295 084

410 ETANCHEITE


412 étanchéité des parois en géotextile m2 170 5 000 849 487

mise en place m2 190 2 000 380 510

Sous total III 15 440 639


500 FOSSE SEPTIQUE

501 TERRASSEMENTS

502 fouilles m3 1 040 5 000 5 200 000

503 évacuation de déblais m3 1 040 2 000 2 080 000


505 BETON




509 Mise en place FF 134 19 500 2 620 800

510 ETANCHEITE



Mise en place m3 416 2 000 832 000

Sous total IV 23 900 800

SOUS TOTAL 115 031 897

imprévu 30%

TOTAL 149 541 466

Nous obtenons un coût de réalisation des ouvrages de génie civil estimé a cent-quarante-neuf

million cinq-cents quarante-et-un mille quatre-cents soixante-six franc CFA (149 541 466 FCFA).

En y associant les frais liés aux conduites, aux pompes pour assurer les refoulements on obtient un

coût global de 160 millions

En ce qui concerne le choix de l’aérateur de surface nous avons opté pour l’aérateur de

surface LTF car il fournit :

- Un rendement d’oxygénation maximal

- Une large gamme de puissances disponibles

- Une qualité des matériaux employés

- Une résistance à la corrosion

Son coût est compris dans les imprévue.


VII. PLAN DE GESTION ET ENTRETIENT DE LA STATION :

Le bon fonctionnement et la durée de vie d’une station d’épuration dépendent fortement de

l’entretien de ses ouvrages. Il faut veiller donc au maintien, au parfait état de propreté de l’ensemble

de la station, à commencer par la protection des boues. Il est important de spécifier que certains

paramètres pourraient agir sur l’activité biologique des boues et être déterminant sur la vitesse de

la biodégradation anaérobie. Il s’agit entre autre de l’Alimentation (quantité et composition); pH;

Température; Biodégradabilité du substrat; Alcalinité; Teneur en sels; Nutriments; Composés

toxiques ou inhibiteurs!

1. Mesures et contrôles effectués au niveau de la station d’épuration

L’exploitant doit effectuer un certain nombre de mesures et contrôles entrant dans le cadre

de l’exploitation et la gestion de la station, dont les principaux sont :

- Mesure de débit ;

- Mesure de pH ;

- Mesure de la température.

- Mesure de la demande chimique en oxygène (DCO)

- Mesure de la demande biologique en oxygène (DBO5)

- Mesure des AGV

- Mesure des MES

La mesure de pH doit être faite à l’entrée de la station, afin de prendre toutes les dispositions

nécessaires pour le déroulement des traitements sensibles à ce paramètre. Pour maintenir la

température optimale du bon fonctionnement de certains ouvrages de traitement (dégraisseur,

réacteur UASB, bassin d’aération), la mesure de la température est très recommandée.

2. Mesure concernant les boues

Pour obtenir un réglage adéquat de la station d’épuration, on doit jouer également sur :

- Le taux de recirculation des boues ;

- Le taux d’aération ;

- Le taux des boues en excès.

Pour régler ces paramètres on doit connaitre la teneur en oxygène dans le bassin d’aération ;

le pourcentage de boues dans le bassin d’aération mais aussi la teneur des MVS dans le bassin


d’aération. En fonction des résultats de ces mesures, on fait varier le débit de recirculation, la durée

d’aération et le débit de boues en excès jusqu’à savoir une valeur optimale de Concentration des

boues.

3. Contrôle de fonctionnement des ouvrages de traitement

Le bon fonctionnement et la durée de vie d’une station d’épuration passe aussi par l’entretien

de ses ouvrages. Les ouvrages métalliques doivent être repeints en moyenne tous les cinq ans afin

de les protéger contre la corrosion. Les ouvrages en béton doivent être régulièrement inspectés. Les

vérifications doivent porter sur l’étanchéité, la détection des fissures, les ruptures des joints de

dilatation. Il faut lubrifier et graisser régulièrement tous les équipements mécaniques et

électromécaniques et veiller à leur fonctionnement.

Pour les équipements immergés, une vidange une fois par ans des ouvrages ou ils sont

disposés est nécessaire pour leur entretien. Les équipements d’aération doivent être également

inspectés régulièrement en nettoyant les orifices de diffusion de l’air.

4. Entretien des ouvrages

Le dégrilleur

- Les déchets seront évacués quotidiennement, le nettoyage des parois des grilles se fait par

un jet d’eau et l’enlèvement des matières adhérentes putrescibles par les râteaux ;

- Noter les quantités de refus journalier

- Vérifier le niveau d’huile et de graisse des chaînes d’entraînement ;

- Vérifier et assurer quotidiennement le bon fonctionnement électromécanique des râteaux

automatisé.

Déssableur-déshuileur

- Maintenir quotidiennement le poste en état de propreté ;

- vérifier et assurer quotidiennement le bon fonctionnement de l’installation ;

- vérifier et assurer quotidiennement le bon fonctionnement du pont roulant et des procédés

de raclage, suivi du déroulement complet d’un cycle de fonctionnement ;

- faire fonctionner 24/24h le pont roulant et l’insufflation d’air.

Reacteur UASB

Même si un réacteur UASB ne possède aucune partie mouvante, un entretien régulier doit

être effectué. Cette maintenance est nécessaire pour éviter l’encrassement de certaines parties du


réacteur et que des particules non désirées entrent à l’intérieur du réacteur mais aussi pour assurer

le bon fonctionnement du réacteur. Contrôler le pH et la température quotidiennement

Bassin d’aération

- Chaque jour contrôler et intervenir pour tous les équipements d’aération fonctionnent

Convenablement ;

- Vérifier et entretenir les procédures automatiques de démarrage et d’arrêt des aérateurs ;

- Noter les paramètres de fonctionnement (débit et oxygène) ;

- Mesurer et noter quotidiennement la charge en DBO entrante, et la concentration des boues

dans le bassin.

Clarificateur

- Maintenir le clarificateur en état de propreté ;

- Vérifier tous le six mois le bon fonctionnement des dispositifs de pompages des écumes ;

- Analyser contractuellement l’eau après clarification (DBO, DCO, MES) ;

- Vidanger tous les 5 ans les ouvrages pour contrôle et entretien des structures immergées.

Epaississeur

- Maintenir quotidiennement le poste en état de propreté ;

- Mesurer quotidiennement la hauteur du voile de boue,

- Contrôler et noter chaque jour le pH des eaux en trop et des boues épaissies ;

- Relever les volumes des boues soutirées des épaississeurs ;

- Vidanger tous les 5 ans les ouvrages pour contrôler les structures immergées.


VIII. CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS

Les effluents industriels lorsqu’ils ne subissent pas un traitement adéquat ont un impact

majeur sur le milieu récepteur. Dans notre cas ces eaux usées sont rejetées dans la rivière Adjougba.

L’étude que nous avons réalisée sur l’ensemble du système de collecte et de la station d’épuration

à réacteur UASB de la Brasserie BB Lomé SA avait pour but d’améliorer gestion des eaux usées

de l’usine ; tout le fonctionnement à partir de son diagnostic. Ce diagnostic n’a pas concerné que

l’état des lieux mais aussi la caractérisation des eaux usées tant à l’entrée qu’à la sortie du système

de traitement de la STEP.

Nos résultats permettent de relever que nous avons eu en terme d’abattement : une moyenne

de 80% pour la DCO, 99,31% pour la DBO5, 48% pour les MES, -11% pour le phosphore, 23%

pour l’azote. La station de traitement de la BB présente dans l’ensemble des rendements

satisfaisants suite aux résultats des diagnostics sur le système de collecte des eaux usées, des

mesures ont été prises pour pâlir au problème notamment la suppression à certains endroits des

toilettes et la construction des fosses à divers niveaux. En ce qui concerne la station elle-même et

dans le but d’améliorer le rendement et de se pencher sur le traitement de l’azote et phosphore

l’installation en aval d’une phase aérobie complémentaire au système UASB existant sera

bénéfique. Les solutions techniques proposées ; le dimensionnement de la phase aérobie

complémentaire et le dimensionnement des fosses septiques sur le réseau de collecte dans le but

d’améliorer la gestion et les performances épuratoires de la STEP s’élève à environ 150 millions.

Cependant, pour maintenir un traitement efficace, nous formulons les recommandations

suivantes pour la gestion de la station d’épuration

- Assurer la valorisation du biogaz que ce soit pour des fins utile au sein de la structure

elle-même car le biogaz peut être utilisé dans des chaudières pour faire de la vapeur

qui pourra être réutilisée dans l’usine. Cela représente une économie de 10 à 40 %

de la facture énergétique de l’usine(René Moletta,).

- La tuyauterie pour le prélèvement des boues lors des travaux de maintenance doit

être ramené au centre du réacteur de sorte à avoir des valeurs moins variées.

- Prendre des dispositions pour éviter des déversements en amont pouvant être néfaste

pour la station.


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ANNEXES

Annexe I : Protocole d’analyse DCO ................................................................................... 76

Annexe II : les plans des ouvrages. ....................................................................................... 77

1. Plan du Bassin aérobie ................................................................................................. 77

2. Plan du clarificateur ..................................................................................................... 78

3. Plan de l’épaississeur ................................................................................................... 79

Annexe III : images illustratives ........................................................................................... 80

1. Colorimètre DR /890 .................................................................................................... 80

2. Thermo reacteur DRB 200 ........................................................................................... 80

3. pH-mètre 7110 wtw ..................................................................................................... 81

4. Oxitop .......................................................................................................................... 81


Annexe I : Protocole d’analyse DCO

La DCO est une mesure de la quantité totale d’oxygène nécessaire pour oxyder toute la

matière organique (et inorganique oxydable) d’une eau usée.

Mode opératoire :

- Allumer en premier le thermo-réacteur HACH DRB 200, lancer le programme DCO à 150

°C, puis laisser le thermo-réacteur chauffé jusqu'à la température de 150 °C (indiquée par une

alarme sonore de l’appareil pendant 5 secondes)

- Préparer ensuite les tubes en utilisant les cuvettes réactives selon que ce soit pour l’affluent

ou l’effluent.

- Agiter les échantillons et prélever 0,2 ml pour l’échantillon Eq (tank d’égalisation), puis

2ml chacun pour l’effluent anaérobie(EA) et celui de l’effluent final (EF) à l’aide de la pipette

automatique.

- Agiter vigoureusement nos trois tubes (cela suppose qu’initialement les tubes témoins ont

êtes préparés sinon prélever 0,2ml d’eau distillée pour l’Eq et 2ml pour les autres) puis les placer

dans le thermo réacteur en appuyant sur le bouton début.

- Une fois les 2h écoulées, laisser refroidir jusqu’ à 120oC dans le thermo avant de les sortir

et les laisser se refroidir à température ambiante.

- A l’aide d’un colorimètre et après avoir choisi le programme 17, lire nos échantillons en

plaçant au préalable les blancs.

- Noter les résultats.

Matériel :

- Colorimètre HACH lange DR890

- Thermo réacteur HACH DRB 200

- Pipettes automatiques

- Tubes réactive HACH Hight Range Plus, 0 à 15000 mg/L DCO (pour l’affluent)

- Tubes réactive HACH Hight Range Plus, 0 à 1500 mg/L DCO (pour l’effluent anaérobie et

final).


Annexe II : les plans des ouvrages.

1. Plan du Bassin aérobie


2. Plan du clarificateur


3. Plan de l’épaississeur


Annexe III : images illustratives

1. Colorimètre DR /890

2. Thermo reacteur DRB 200


3. pH-mètre 7110 wtw

4. Oxitop

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