Rapport

Travail de Fin d'Etudes EHTP 2003

Avant-propos

Le présent document a été élaboré dans le cadre d’un travail de fin d’études pour l’obtention d’un diplôme d’ingénieur d’état. Le sujet étudié nous a été proposé par l’OCP, il s’agit de l’étude d’une station de traitement par lagunage naturel des eaux usées de la ville de Khouribga en vue de leur réutilisation à des fins industrielles en particulier le lavage des phosphates.

Le choix du lagunage naturel comme filière d’épuration est appuyé, dans un premier lieu, par une étude comparative de certains procédés de traitement biologiques, suivie d’une analyse technique et économique des moyens de traitement les plus répandus au Maroc.On présente, par suite, la démarche détaillée de dimensionnement du lagunage naturel, ainsi que les aspects techniques de réalisation de la station.Vers la fin, on développe deux aspects complémentaires à notre travail : Le recours à une désinfection des eaux usées traitées, qui s’avère

indispensable pour palier aux risques de contamination qui peuvent survenir lors de leur utilisation.

La conception d’une station pilote, qui va servir comme modèle réduit pour vérifier le fonctionnement du traitement dans les conditions locales.

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SOMMAIRE

AVANT-PROPOS---------------------------------------------------------------------------------------------------1

LISTE DES FIGURES-----------------------------------------------------------------------------------------------------5LISTE DES TABLEAUX---------------------------------------------------------------------------------------------------6LISTE DES ABRÉVIATIONS----------------------------------------------------------------------------------------------7

INTRODUCTION----------------------------------------------------------------------------------------------------8

CHAPITRE I : ETUDE COMPARATIVE-----------------------------------------------------------9

Introduction---------------------------------------------------------------------------------------------91. Procédés applicables au traitement des eaux usées municipales-----------9

1.1. Procédés intensifs--------------------------------------------------------------------101.1.1. Les lits bactériens--------------------------------------------------------------101.1.2. Les disques biologiques-------------------------------------------------------121.1.3. Les bous activées---------------------------------------------------------------14

1.2. Procédés extensifs-------------------------------------------------------------------171.2.1. L'infiltration-percolation sur sable-----------------------------------------171.2.2. Le Lagunage naturel-----------------------------------------------------------191.2.3. Le lagunage aéré---------------------------------------------------------------23

CHAPITRE II : CHOIX DU PROCEDE DE TRAITEMENT---------------------------------26

Introduction--------------------------------------------------------------------------------------------261. Etat des lieux de la station d'épuration municipale----------------------------272. Comparaison des procédés de traitement biologiques dans les conditions marocaines-----------------------------------------------------------------------------------------29

2.1. Situation---------------------------------------------------------------------------------292.2. Performances de quelques systèmes de traitement dans les conditions marocaines----------------------------------------------------------------------292.3. Aspect économique et financier-------------------------------------------------302.4. Choix du système de traitement-------------------------------------------------312.5. La variante retenue------------------------------------------------------------------32

Conclusion--------------------------------------------------------------------------------33

CHAPITRE III : DONNEES GENERALES-------------------------------------------------------34

1. Situation géographique et administrative-----------------------------------------342. Topographie---------------------------------------------------------------------------------343. Géologie--------------------------------------------------------------------------------------354. Hydrogéologie------------------------------------------------------------------------------355. Climatologie---------------------------------------------------------------------------------356. Assainissement-----------------------------------------------------------------------------367. Démographie--------------------------------------------------------------------------------368. Estimation des rejets d'eaux usées--------------------------------------------------379. La laverie des phosphates--------------------------------------------------------------38

CHAPITRE IV : DIMENSIONNEMENT DES BASSINS DE LAGUNAGE-------------40

1. Les données de base---------------------------------------------------------------------402. Dimensionnement des bassins--------------------------------------------------------41

2.1. Les lagunes anaérobies-------------------------------------------------------------412.1.1. Critères de conception--------------------------------------------------------41


2.1.2. Dimensionnement--------------------------------------------------------------422.1.3. Résultats---------------------------------------------------------------------------43

2.2. Les lagunes facultatives------------------------------------------------------------432.2.1. Critères de conception--------------------------------------------------------432.2.2. Dimensionnement--------------------------------------------------------------432.2.3. Résultats---------------------------------------------------------------------------44

2.3. Les lagunes de maturation--------------------------------------------------------452.3.1. Critères de conception--------------------------------------------------------452.3.2. Dimensionnement--------------------------------------------------------------452.3.3. Résultats---------------------------------------------------------------------------46

3. Performances épuratoires--------------------------------------------------------------47Conclusion--------------------------------------------------------------------------------49

CHAPITRE V : REALISATIONS DES BASSINS----------------------------------------------51

1. Etudes préliminaires----------------------------------------------------------------------511.1. Données géographiques------------------------------------------------------------511.2. Etude topographique----------------------------------------------------------------521.3. Etude géologique---------------------------------------------------------------------521.4. Etude hydrographique et hydrogéologique----------------------------------531.5. Etude géotechnique sommaire---------------------------------------------------54

2. Caractéristiques des bassins-----------------------------------------------------------542.1. Orientation et forme des bassins------------------------------------------------54

2.1.1. Forme des bassins--------------------------------------------------------------542.1.2. Orientation des bassins-------------------------------------------------------55

3. Réalisation de la station-----------------------------------------------------------------553.1. Préparation du site-------------------------------------------------------------------553.2. Creusement des bassins-----------------------------------------------------------56

Conclusion--------------------------------------------------------------------------------583.3. Calcul des terrassements----------------------------------------------------------593.4. Conception des digues--------------------------------------------------------------60

3.4.1. Caractéristiques générales des digues----------------------------------603.4.2. Etanchéité des digues---------------------------------------------------------603.4.3. La revanche-----------------------------------------------------------------------623.4.4. Protection anti-batillage------------------------------------------------------63

3.5. Réalisation de l’étanchéité des fonds des bassins-------------------------633.5.1. Par compactage-----------------------------------------------------------------633.5.2. Par traitement des sols-------------------------------------------------------643.5.3. Par géomembrane--------------------------------------------------------------65

Conclusion--------------------------------------------------------------------------------65

CHAPITRE VI : EXPLOITATION DES LAGUNES-------------------------------------------66

Introduction--------------------------------------------------------------------------------------------661. Entretien de la surface des lagunes-------------------------------------------------662. Entretien des digues et des abords--------------------------------------------------673. Le curage-------------------------------------------------------------------------------------67

CHAPITRE VII : PRETRAITEMENT--------------------------------------------------------------68

Introduction--------------------------------------------------------------------------------------------681. Dégrillage------------------------------------------------------------------------------------68

1.1. Dimensionnement--------------------------------------------------------------------691.2. Résultats---------------------------------------------------------------------------------71

2. Dessablage----------------------------------------------------------------------------------712.1. Critères de conception--------------------------------------------------------------712.2. Dimensionnement--------------------------------------------------------------------722.3. Résultat----------------------------------------------------------------------------------72

3. Canal Parshall-------------------------------------------------------------------------------733.1. Critères de conception--------------------------------------------------------------743.2. Résultats---------------------------------------------------------------------------------74


CHAPITRE VIII : DESINFECTION----------------------------------------------------------------75

Introduction--------------------------------------------------------------------------------------------751. Rappel des principales méthodes de désinfection------------------------------76

1.1. La chloration---------------------------------------------------------------------------761.2. L’ozonation-----------------------------------------------------------------------------771.3. Le rayonnement ultraviolet--------------------------------------------------------78

2. Choix du procédé de désinfection----------------------------------------------------79

CHAPITRE IX : STATION PILOTE----------------------------------------------------------------82

Introduction--------------------------------------------------------------------------------------------821. Dimensionnement-------------------------------------------------------------------------822. Résultats--------------------------------------------------------------------------------------83

CHAPITRE X : ESTIMATION DES COUTS----------------------------------------------------84

Introduction--------------------------------------------------------------------------------------------841. Acquisition des terrains------------------------------------------------------------------842. Terrassement-------------------------------------------------------------------------------843. Etanchéité------------------------------------------------------------------------------------854. Ouvrages de prétraitement-------------------------------------------------------------855. Equipements hydrauliques-------------------------------------------------------------856. Station de chloration---------------------------------------------------------------------857. Divers------------------------------------------------------------------------------------------868. Frais du personnel-------------------------------------------------------------------------86

Conclusion--------------------------------------------------------------------------------87 CONCLUSION-----------------------------------------------------------------------------------------------------88

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES---------------------------------------------------------------------------89ANNEXE--------------------------------------------------------------------------------------------------------------90


Liste des figures

Figure 1 : Synoptique d’une station d’épuration comportant un lit bactérien-----11Figure 2 : Synoptique d’une station d’épuration comportant des disques biologiques-----------------------------------------------------------------------------------------------13Figure 3 : Synoptique d’une station d’épuration à boues activées--------------------15Figure 4 : Infiltration-percolation-----------------------------------------------------------------17Figure 5 : Les mécanismes en jeu dans les bassins de lagunage naturel-----------20Figure 6 : Vue en plan des bassins de lagunage---------------------------------------------50Figure 7 : Construction par creusement et évacuations des remblais----------------57Figure 8 : Construction par creusement et endiguement---------------------------------57Figure 9 : Construction par décapage du terrain et création des digues en remblais---------------------------------------------------------------------------------------------------58Figure 10 : Digue étanchée par géomembrane----------------------------------------------62Figure 11 : Vue en plan du canal Parshall-----------------------------------------------------73Figure 12 : Vue de côté du canal Parshall-----------------------------------------------------73Figure 13 : Désinfection par chloration---------------------------------------------------------80


Liste des tableaux

Tableau 1 : Capacités de la station de traitement municipale--------------------------27Tableau 2 : Rendements de quelques systèmes de traitement (taux d’abattement %)---------------------------------------------------------------------------------------30Tableau 3 : Comparaison des coûts de quelques stations de traitement des eaux usées au Maroc-----------------------------------------------------------------------------------------30Tableau 4 : Evolution passée de la population de la ville de Khouribga-------------36Tableau 5 : Evolution future de la population de la ville de Khouribga---------------36Tableau 6 : Estimation des rejets de Khouribga (extra OCP + OCP)------------------37Tableau 7 : Estimation des rejets vers la station municipale----------------------------37Tableau 8 : Estimation des rejets vers la station OCP-------------------------------------37Tableau 9 : Données sur la population de la ville-------------------------------------------40Tableau 10 : Variation saisonnière de la température-------------------------------------40Tableau 11 : Fluctuation saisonnière des paramètres de fonctionnement----------41Tableau 12 : Variation de la charge volumique en fonction de la température- - -42Tableau 13 : Résultats du dimensionnement des bassins anaérobies---------------43Tableau 14 : Variation de la charge surfacique en fonction de la température- - -44Tableau 15 : Résultats du dimensionnement des bassins facultatifs-----------------45Tableau 16 : Résultats du dimensionnement des bassins de maturation-----------46Tableau 17 : Concentration en DBO5 de l’effluent à la sortie des bassins facultatifs---------------------------------------------------------------------------------------------------------------47Tableau 18 : Valeurs usuelles du pH dans les bassins de lagunages-----------------48Tableau 19 : Concentration d'azote de l'effluent épuré-----------------------------------48Tableau 20 : Concentration en œufs d'helminthes dans l'effluent épuré------------49Tableau 21 : Volumes des déblais et remblais-----------------------------------------------60Tableau 22 : Valeurs de la revanche des bassins de lagunage-------------------------62Tableau 23 : Critères de conception d'un dégrilleur mécanique-----------------------69Tableau 24 : Valeurs du coefficient β en fonction de la forme des barreaux-------70Tableau 25 : Variation de Vs en fonction des dimensions des particules-------------72Tableau 26 : Comparaison des principaux modes de désinfection des eaux usées---------------------------------------------------------------------------------------------------------------79Tableau 28 : Dimensions des bassins de la station pilote--------------------------------83Tableau 29 : Estimation du coût de réalisation de la station----------------------------87


Liste des abréviations

DBO5 : Demande biochimique en oxygène au bout de 5 jours

DCO : Demande chimique en oxygène MES : Matières en suspension

NH4 : Azote ammoniacal

Ntk : Azote total

OMS : Organisation mondiale de la santé

ONEP : Office National de l'Eau Potable

Pt : Phosphore total

PVC : polychlorure de vinyle plastifié

RADEET : Régie autonome de distribution d'eau et d'électricité de Tadla

STEP : Station d'épuration

U CF : Unité de coliforme fécaux

UV : Ultra violet


Introduction

L'eau constitue une denrée vitale, non seulement pour la survie des êtres vivants, mais aussi dans le domaine industriel, comme elle intervient à différents niveaux dans les chaînes de production.

Face à la rareté, de plus en plus accrue, des ressources en eau, suite à la succession d'années de sécheresse, la recherche de nouveaux moyens pour répondre aux besoins croissants en eau devient une nécessité qui s'impose. Conscient de cette problématique, l'OCP envisage la réutilisation des eaux usées de la ville de Khouribga pour le lavage des phosphates. Cette initiative est motivée par un double souci : d’une part la protection de l’environnement en mettant terme au rejet des eaux usées de la ville dans le milieu naturel. Et d’autre part, l’économie de l’eau à travers la récupération d’une eau de qualité satisfaisante moyennant un investissement modéré.

Ainsi, notre travail se fixe comme objectif la conception d’une station de traitement par lagunage naturel : un des procédés d’épuration qui a donné de bons résultats, du fait de son adaptation aux conditions locales.


Chapitre I

Introduction

L’épuration des eaux usées a pour objet d’obtenir un effluent dont les caractéristiques ne présentent pas de danger pour l’équilibre du milieu récepteur ou les utilisateurs éventuels des eaux traitées en cas de réutilisation.

Le choix du degré d’épuration et de la démarche de traitement à adopter doit se faire en tenant compte : Des caractéristiques des effluents (charge polluante, débit, usage après

traitement) ; Des capacités d’acceptation du milieu récepteur ; Des moyens techniques et économiques disponibles.

1. Procédés applicables au traitement des eaux usées municipales

Le traitement des rejets municipaux fait appel à un certain nombre de procédés basé sur l’épuration par voie biologique. On distingue deux types :

Procédés intensifs ; Procédés extensifs.

1.1. Procédés intensifs


Le principe de ces procédés est de localiser sur des surfaces réduites et d’intensifier les phénomènes de transformation et de destruction des matières organiques que l’on peut observer dans le milieu naturel.

1.1.1. Les lits bactériens

Le principe de fonctionnement d’un lit bactérien consiste à faire ruisseler les eaux usées, préalablement décantées sur un support de matériaux poreux ou caverneux permettant aux micro-organismes (bactéries) épurateurs de s’y accrocher pour former un film biologique responsable de l'assimilation de la pollution.En général, l’aération se fait par tirage naturel. Quelque fois on pratique une ventilation forcée. Cette aération a pour but d’apporter dans toute l’épaisseur de la masse poreuse l’oxygène nécessaire au maintien des bactéries aérobies en bon état de fonctionnement.L'aération naturelle se fait grâce à des ouïes d'aération situées en bas du lit bactérien. Le film biologique se décroche au fur et à mesure que l'eau percole, en raison du cisaillement mécanique dû à l’eau ou à son découlement suite au dégagement de gaz produits par le processus anaérobie. En sortie du lit bactérien se trouve un mélange d'eau traitée et de biofilm. Ce dernier sera piégé dans le décanteur sous forme de boues et l'eau traitée rejoint le milieu naturel ou réutilisée pour d'autres besoins.


Figure 1 : Synoptique d’une station d’épuration comportant un lit bactérien

Grandeurs caractéristiques

La surface spécifique des lits bactériens conventionnels est de l’ordre de 50 à 90 m2/m3 de matériau. Le pourcentage de vide de ces supports est de 50%. La hauteur de remplissage du lit est variable en fonction du type de matériau et de sa granulométrie, elle est en général comprise entre 2 et 3 m.

Performances épuratoires

Le rendement d’un tel ouvrage, pris sur l’effluent décanté, est de l’ordre de 70% mais on augmente de manière significative ce rendement en procédant, à l’amont direct du lit, à une recirculation de l’effluent traité qui a pour effet de diluer l’eau d’alimentation du lit, et de faciliter la biodégradation de l’effluent.

Avantages


Faible consommation d'énergie ; Fonctionnement simple demandant peu d'entretien et de contrôle ; Peut être installé en amont d'une station à boues activées afin de

réduire partiellement la concentration des effluents du type agroalimentaire ;

Plus faible sensibilité aux variations de charge et aux toxiques que les boues activées.

Inconvénients

Performances généralement plus faibles qu'une technique par boues activées ;

Coûts d'investissement assez élevés ; Nécessité de prétraitement efficace ; Sensibilité au colmatage et au froid ; Source de développement d'insectes (en cas de conception et/ou

d'exploitation défectueuse) ; Boues fermentescibles ; Ouvrages de taille importante si des objectifs d'élimination de l'azote

sont imposés.

1.1.2. Les disques biologiques

L'eau usée, préalablement décantée, alimente un ouvrage dans lequel des disques fixés sur un axe sont mis en rotation à vitesse lente. Sur ces disques biologiques en plastique se développe alors un film bactérien. Lors de leur émersion, ces bactéries prélèvent l'oxygène nécessaire à leur respiration et lors de l'immersion, elles absorbent la pollution dissoute dont elles se nourrissent.Dès que le film biologique dépasse une épaisseur de quelques millimètres, il se détache et est entraîné vers le décanteur final où il est séparé de l'eau épurée.


Figure 2 : Synoptique d’une station d’épuration comportant des disques biologiques

Il convient, sur ce type d’installation, de s’assurer : De la fiabilité mécanique de l’armature (entraînement à démarrage

progressif, bonne fixation du support sur l’axe) ; Du dimensionnement de la surface des disques (celui-ci doit être réalisé

avec des marges de sécurité importantes).

Grandeurs caractéristiques

Ces disques légers, de 10 mm d’épaisseur et de 2 à 3 m de diamètre sont espacés de 1 à 2 m. Les disques, au nombre de plusieurs centaines, forment une patte feuilletée cylindrique de 1 à 6 m de longueur et développent une surface de 150 à 200 m2 par m3 de disque.Les disques tournent lentement à une vitesse constante de 1 à 2 tours/min. Ils prolongent dans des cuvettes semi-circulaires où l’effluent, préalablement décanté, est admis et d’où il sort avec une perte de charge très faible, de l’ordre de 0.2 m environ.


L’épuration par disques biologiques permet d’obtenir des rendements en MES de l’ordre de 70 à 95% et en DBO5 de 65 à 95%. Ces rendements


dépendent des conditions d’exploitation. En plus, les disques biologiques ont un pouvoir de réduction efficace des œufs de parasites.

Avantages

Généralement adaptés aux petites collectivités ; Faible consommation d'énergie ; Fonctionnement simple demandant peu d'entretien et de contrôle ; Plus faible sensibilité aux variations de charge que la technique des

boues activées.

Inconvénients

Performances généralement plus faibles qu'une technique par boues activées ;

Coûts d'investissement importants ; Grande sensibilité aux variations de température ce qui crée une

obligation de couverture ; Boues putrescibles.

1.1.3. Les bous activées

Le principe des boues activées réside dans une intensification des processus d’auto-épuration que l’on rencontre dans les milieux naturels. Après prétraitement, les eaux usées sont dirigées vers un bassin d'aération où elles sont mises en contact avec une biomasse responsable de l'épuration. Dans ce réacteur, la pollution dissoute est transformée en flocons de boues par assimilation bactérienne. Les flocs peuvent alors être séparés de l'eau traitée par décantation. La boue décantée est recirculée afin de permettre le réensemencement du bassin d'aération. Périodiquement, les boues en excès sont extraites pour rejoindre le traitement des boues. Dans le bassin d'aération, la fourniture en oxygène est assurée par des organes électromécaniques : aérateurs de surface


(turbine ou brosse), ou insufflation d'air (surpresseur + diffuseurs immergés).

Figure 3 : Synoptique d’une station d’épuration à boues activées

Installation et équipements

L’installation d’une station d’épuration par boues activées comprend successivement : Les traitements préliminaires et primaires ; Le bassin d’activation (bassin d’aération) ; Le décanteur secondaire avec reprise d’une partie des boues ; L’évacuation des eaux traitées ; Les digesteurs des boues en excès provenant des décanteurs

secondaires.


Lorsque les conditions requises sont remplies, on obtient d'excellentes performances. Dans les eaux résiduaires moyennement polluées, on peut atteindre, après une bonne clarification, un rendement d’épuration de la DBO5 de l’ordre de : 95% pour une aération prolongée à faible charge massique ; 90% pour une aération à moyenne charge massique ;


85% pour une aération à forte charge massique.

Avantages

Bonne élimination de l'ensemble des paramètres de pollution (MES, DBO5, Azote) ;

Adapté pour la protection de milieux récepteurs sensibles ; Facilité de mise en œuvre d'une déphosphatation simultanée. Inconvénients

Coût d'investissement assez important ; Consommation énergétique importante ; Nécessité de personnel qualifié et d'une surveillance régulière ; Sensibilité aux surcharges hydrauliques ; Bonne technicité requise pour l'exploitant: bonne maîtrise des réglages

de l'aération, de la recirculation et de l'extraction des boues ; Extraction des boues fréquente au moins une fois par semaine.

1.2. Procédés extensifs

Ce sont des procédés qui réalisent l’épuration à l’aide de cultures fixées sur support fin ou de cultures libres utilisant l’énergie solaire pour produire de l’oxygène par photosynthèse. Le fonctionnement de ce type d’installation sans électricité est possible, excepté pour le lagunage aéré pour lequel un apport d’énergie est nécessaire pour alimenter les aérateurs ou les matériels d’insufflation d’air.

1.2.1. L'infiltration-percolation sur sable


Principe de fonctionnement

L'infiltration-percolation d'eaux usées est un procédé d'épuration par filtration biologique aérobie sur un milieu granulaire fin. L'eau est successivement distribuée sur plusieurs unités d'infiltration. Les charges hydrauliques sont de plusieurs centaines de litres par mètre carré de massif filtrant et par jour. L'eau à traiter est uniformément répartie à la surface du filtre qui n'est pas recouvert. La plage de distribution des eaux est maintenue à l'air libre et visible.

Figure 4 : Infiltration-percolation Installation et équipements

Une station, dans laquelle l'infiltration-percolation constitue le moyen principal de traitement des eaux usées, doit comporter : Un prétraitement ; Un ouvrage de décantation ; Un système de répartition entre les bassins ; Un dispositif d'alimentation ; Les massifs filtrants ; La restitution à la nappe ou le rejet.



DBO5 inférieure à 25 mg/l ; MES inférieure à 30 mg/l ; Nitrification quasi-complète ; Dénitrification limitée sur ce type d'installation. Phosphore : abattement fort pendant 3-4 ans (60-70%), puis faible puis

négatif après 8-10 ans ; Abattement microbien > 1000.

Avantages

Adapté aux petites collectivités ; Procédé rustique : pas d'obligation de fourniture d'énergie si la

topographie des lieux le permet ; Bonne qualité de l'eau traitée par rapport au lagunage ; Elimination importante de l'azote par nitrification ; Possibilité d'élimination des germes pathogènes sous réserve de

disposer d'une hauteur de matériau suffisante et d'un fonctionnement hydraulique sans cheminement préférentiel ;

Emprise au sol limitée par rapport au lagunage ; Faibles contraintes et coûts d'exploitation : exploitation simple et de

durée limitée ; Bonne intégration dans l'environnement : possibilité de couvrir le lit

avec de la terre végétale) ;

Inconvénients

Nécessité d'un ouvrage de décantation primaire efficace ; Risque de colmatage ; Risque de mauvaise intégration dans l'environnement si découvert :

odeur, visuel ; Faible élimination de l'azote par dénitrification ;


Nécessité d'avoir à disposition de grandes quantités de sable, ce qui peut engendrer des investissements importants s'il n'y en a pas de disponible à proximité ;

Peu adapté sur les réseaux unitaires (surcharges hydrauliques). Nécessité d'entretien régulier et d'extraction des boues du décanteur-

digesteur une à deux fois par an.

1.2.2. Le Lagunage naturel

Principe de fonctionnement

Le principe de l’épuration par lagunage naturel consiste à faire dégrader la charge polluante par des bactéries et par des algues dans des bassins de grandes dimensions. L’oxygène nécessaire à la respiration bactérienne provient de l'air par échange à la surface eau-air ou produit uniquement grâce aux mécanismes photosynthétiques des végétaux en présence de rayonnements lumineux. La tranche d’eau supérieure des bassins est exposée à la lumière. Ceci permet l’existence d’algues qui produisent l’oxygène nécessaire au développement et maintien des bactéries aérobies. Ces bactéries sont responsables de la dégradation de la matière organique. Le gaz carbonique formé par les bactéries, ainsi que les sels minéraux contenus dans les eaux usées, permettent aux algues de se multiplier. Ce cycle s’auto-entretient tant que le système reçoit de l’énergie solaire et de la matière organique.


Figure 5 : Les mécanismes en jeu dans les bassins de lagunage naturel

Schéma de principe

Un tel lagunage est généralement constitué de l’amont vers l’aval de :Traitement primaire : Sert essentiellement pour la rétention des MES. Il est souvent sommaire mais comprend au moins un dégrillage de mailles inférieures ou égale à 50 mm.Bassins anaérobies : Permet, avant tout, l’abattement d'une partie de la charge polluante carbonée.Bassins facultatifs : Permet l’abattement de la matière organique, de l’azote et de phosphore.Bassins de maturation : Affine le traitement et élimine la pollution microbiologique.

a. Les lagunes anaérobies


Il s’agit d’étangs entièrement dépourvus d’oxygène libre. Ils sont placés en amont de la station de traitement par lagunage. Ils sont généralement profonds et doivent obligatoirement être suivis d’un autre type de traitement pour obtenir un effluent de bonne qualité.Dans ces bassins prédominent les bactéries et en partie le phytoplancton. Il s’y produit ce qui suit : Une grande fraction des MES décante vers le fond du bassin et se

dégrade biologiquement ; Une élimination importante des agents pathogènes ; Une fraction importante des MES incluant les œufs de parasite, les

bactéries.

b. Les lagunes facultatives

Il s’agit d’étangs composés de deux couches : l’une aérobie en surface et l’autre anaérobie au fond du bassin. Le terme facultatif se rapporte à la coexistence des conditions aérobies et anaérobies. Ces étangs sont conçus de manière à permettre une accumulation des matières décantables au fond du bassin où elles sont décomposées de façon anaérobie. En milieu aérobie, la réaction biologique puise son oxygène d’une part de l’air à l’interface eau-air et d’autre part de l’activité photosynthétique des algues.Dans les bassins facultatifs le phytoplancton se développe abondamment. Ces bassins jouent un double rôle : L’élimination de la DBO ; L’élimination des germes pathogènes et des parasites (œufs

d’helminthe) ;Le lagunage facultatif permet d’obtenir un abattement supérieur à 60% sur la DCO, DBO5 et MES et un abattement d’environ 50% sur l’azote et le phosphore.

c. Les lagunes de maturation


Appelées aussi étangs de polissage. Ces bassins de dimensions moyennes à grandes sont disposés en général en aval des lagunes facultatives et sont utilisés pour améliorer davantage les caractéristiques d’un effluent préalablement épuré. Le même phénomène d’épuration biologique se produisant en zone aérobie dans le bassin facultatif a lieu dans ce cas.La fonction principale des lagunes de maturation est l’élimination des germes pathogènes, par l’action germicide des rayons UV du soleil. La profondeur est telle qu’elle permet la pénétration des rayons solaires.Ce mode d’épuration donne lieu à une réduction complémentaire de le demande en oxygène.

Avantages

Bien adapté au réseau unitaire ; Coûts d'investissement limités (en absence de forte contrainte

d'étanchéification) ; Faibles coûts d'exploitation ; Bonne intégration dans l'environnement ; Boues peu fermentescibles ; Réduction de la charge polluante (DBO5, MES) et des germes

pathogènes de l’ordre de 90% ; Bonne élimination de l'azote (70 %) et du phosphore (60 %) ; L’absence de consommation d’énergie et de produits chimiques ; Extraction des boues peut se faire une fois tous les 2 à 5 ans ; Très faible technicité requise pour l'exploitant.

Inconvénients


Emprise au sol importante ; Contraintes de nature de sol et d'étanchéité ; Variation saisonnière de la qualité de l'eau traitée ; Elimination de l'azote et du phosphore incomplète ; Nécessité d'extraction des boues ;

1.2.3. Le lagunage aéré

Il s’agit de bassins dans lesquels on maintient un milieu aérobie grâce à une oxygénation apportée par un système d’aération artificiel. Ce principe ne se différencie des boues activées que par l’absence de système de recyclage des boues ou d’extraction des boues en continu.L’objectif de l’aération est d'apporter de l'oxygène et d'assurer un bon brassage entre la biomasse et l'effluent.L’aération est réalisée soit par insufflation d’air, soit le plus souvent par un aérateur mécanique du type turbine de surface, fixe ou flottante, qui a l’avantage d’assurer un brassage énergétique de l’ensemble des eaux usées.Les lagunes aérées sont essentiellement destinées à l’enlèvement de la DBO5, en effet le rendement obtenu est de l’ordre de 80%, tandis que l’enlèvement des MES est faible, il est de l’ordre de 25%.


Le niveau de qualité de l'effluent est bon pour la matière organique : plus de 80 % d'abattement. Pour les nutriments, l'élimination reste limitée à l'assimilation bactérienne et reste de l'ordre de 25-30 %.La filière se prête aisément à l'apport complémentaire d'adjuvants physico-chimiques en vue d'éliminer les orthophosphates.

Avantages


Ce procédé est particulièrement tolérant à de très nombreux facteurs qui engendrent, en général, de très sérieux dysfonctionnements dans les procédés d’épuration classiques : Variation de charges hydrauliques/organiques importantes ; Effluent très concentré ; Effluent déséquilibré en nutriment (cause de foisonnement filamenteux

en boues activées) ; Traitements conjoints d’effluents domestique et industriel

biodégradable ; Bonne intégration paysagère ; Boues stabilisées.

Inconvénients

Rejet d’une qualité moyenne sur tous les paramètres ; Présence de matériels électromécaniques nécessitant l’entretien par un

agent spécialisé ; Nuisances sonores liées à la présence de système d’aération ; Forte consommation énergétique.


Chapitre II

Introduction

Le choix de la filière de traitement est lié à un certain nombre de paramètres :

Disponibilité et proximité des terrains requis :- Coût d’acquisition ;- Type de sols ;- Localisation ;- Topographie ;- Possibilité d ’agrandissement futur (croissance de la population à

desservir). Types de polluants à éliminer :

- DBO5 ; - MES ; - Azote ;- Phosphore ; - Coliformes fécaux.

Degré de traitement. Besoin en énergie :

- Le choix de la filière de traitement pourra être influencé par la quantité d ’énergie disponible et/ou son coût.

Investissement initial et coût d’exploitation. Adaptation aux conditions locales.

1. Etat des lieux de la station d'épuration municipale


La ville de Khouribga est dotée de deux stations d’épuration : une station OCP et une station municipale. La première est hors service tandis que la deuxième n’est plus en mesure de traiter le débit actuel des eaux usées de la ville qui dépasse 12 000 m3/j, alors qu'elle a été conçue pour un débit de 7 500 m3/j. La station d’épuration municipale a été mise en service depuis 1986, elle se trouve à 4 km au sud-ouest de la ville. Elle met en œuvre un procédé épuratoire biologique intensif : boue activée à faible charge. Les capacités de la station sont présentées dans le tableau 1 :

Tableau 1 : Capacités de la station de traitement municipale

Etape de traitement Capacité hydraulique Capacité épuratoireFilière eau

Dégrillage Débit de pointe=1000 m3/h

Dessablage-déshuilage Débit de pointe=1000 m3/h

Bassins d’aération Débit moyen=11500 m3/hDBO5=4000 kgO2/j, production de boue

5000 kgMS/jClarification Débit de pointe=640

m3/hRecirculation Capacité de pompage

2*940 m3/h =1880 m3/hFilière boue

Extraction Capacité de pompage=60 m3/h

Epaississement 1000 kg/jDéshydratation 5000 kg/j

Source : Étude du Plan Directeur d’assainissement liquide de la ville de Khouribga (SAFEGE-TEAM MAROC)

En raison des faibles capacités d'accueillir la totalité des rejets de la station municipale, une grande partie des eaux usées collectées est by-passée en amont de la station au niveau déversoir d’orage de la conduite d’amenée et acheminé directement au milieu récepteur, en l’occurrence oued El Touim.

A son état actuel, la station de traitement municipale pose un certain nombre de problèmes qu'on résume comme suit :


Les dispositifs de prétraitement sont non-fonctionnels, en particulier le dégrilleur qui est hors service suite à l'absence de manutention et d'entretien.

La municipalité n'est pas en mesure de supporter les frais de l'énergie de fonctionnement des équipements d'aérations, ce qui a conduit à la réduction du temps de marche des turbines d’aération :

Vu que les capacités de traitement de la station ont été dépassées (en terme de charges polluantes et de débits), les effluents collectés sont traités d'une manière partielle.

La station connaît une mauvaise gestion qui se manifeste essentiellement à travers un manque de personnel qualifié, ce qui se répercute sur le suivi du fonctionnement et l'entretien des équipements.

Pour ce qui est de la protection de l'environnement, le fonctionnement de la station s'avère inutile vu que l'effluent traité rejoint la partie déversée directement dans le milieu naturel.

Malgré l'état dégradé de la station, la municipalité engage des coûts de fonctionnement annuels d'environ 1.5 à 2 MDH.

Vu la situation de la station, les solutions envisageables sont :

Une réhabilitation de la station et traitement de l'effluent excédent par lagunage.

Abandon de la station et réalisation du traitement des eaux usées directement par lagunages.

2. Comparaison des procédés de traitement biologiques dans les conditions marocaines

2.1. Situation


En 1993 une enquête a été réalisée par l’ONEP avec l’assistance d’experts Canadiens. Cette enquête avait pour objectif de recenser et d’identifier les stations d’épuration qui existent au Maroc, ainsi qu’analyser leur état de fonctionnement.Cette étude a montré l’existence de plus de 50 STEP, de tous les types classiques (Lagunage, Boues activées, Lits bactériens, Infiltration percolation, etc.…). Cependant, 80% environ de ces STEP est hors service. Le reste fonctionne en dessous des règles de l’art.Les principales causes de cette défaillance sont les suivantes : L’incompatibilité du choix technologique avec les conditions locales,

particulièrement aux petits centres. L’insuffisance des ressources humaines et financières pour assurer la

gestion des ouvrages. Le manque d’encadrement et de formation du personnel chargé de

l’exploitation des ouvrages d’épuration. Le manque de planification (plusieurs STEP se trouvent déjà entourées

d’habitants).

2.2. Performances de quelques systèmes de traitement dans les conditions marocaines

En matière de traitement des eaux usées, le tableau 2 résume les résultats des performances épuratoires de quelques systèmes de traitement :

Tableau 2 : Rendements de quelques systèmes de traitement (taux d’abattement %)

Station Ouarzazate Ben Sergao Drarga Ben Slimane BouznikaSystèmeDe traitement Lagunage Infiltration -

percolationLagunage

aéré LagunageCapacité 430 m³/j 750 m3/j 1 000 m³/j 5 600 m3/j 1 500 m3/jTemps de séjour (j) 25 - - 30 – 40 -DBO5 (mg/l) 81.7 98 98.5 78 75MES (mg/l) 28 100 96.6 - 76NTK (mg/l) 31.5 85 96.8 75 14


Pt (mg/l) 48.5 36 95.9 41 -CF /100ml 99.9 99.9 99.9 100 99.9O. Helminthes/L 100 100 100 100 100

Source : ONEP-FAO (2001)

2.3. Aspect économique et financier

Le financement de projets de construction d’une station de traitement est le principal handicap dans la réalisation des projets.Les coûts d’investissement pour les stations de traitement des eaux usées varient considérablement suivant la technologie adoptée, les filières de traitement, les spécificités du site, la charge polluante, et le devenir des eaux usées épurées. Il est toutefois possible de comparer les coûts d’investissement de différents projets de traitement et de réutilisation des eaux usées au Maroc par équivalent habitant. Le tableau 3 résume les coûts d’investissement et de fonctionnement des projets de Ouarzazate, Ben Sergao, Benslimane, et Drarga.

Tableau 3 : Comparaison des coûts de quelques stations de traitement des eaux usées au Maroc

StationCoût

D’investissement(millions de dirhams)

Coûts deFonctionnement(dirhams / an)

Coût / m3(dirhams)

Ouarzazate 5 108 500 1,43Ben Sergao 5 307 500 1,12Benslimane 96,44 935 000 1,45Drarga 20,3 260 000 1,70

Source : Réutilisation des eaux usées au Maroc- mars 2002

Dans ce qui suit, on présente les coûts d'investissement et d'exploitation de la station à boues activées de Beni Mellal (selon la RADEET) : Montant d'investissement : 38 676 588 dhs Les frais d'exploitation annuels : 2 153 900 dhs

Il n’y a pas, pour le moment, de modèle d’estimation des coûts de traitement des eaux usées dans le contexte marocain. Ces coûts sont très variables suivant un certain nombre de facteurs. Toutefois, les expériences pilotes ont montré que le coût des technologies appropriées


pour le Maroc telles que le lagunage et l’infiltration-percolation varient entre 1,12 et 1,70 dirhams par m3 d’eau traitée.

2.4. Choix du système de traitement

Les études menées par l’ONEP dans les villes moyennes et les petits centres ont montré que le lagunage est le plus indiqué. Ceci est justifié par : La simplicité du système La simplicité de son entretien Un personnel peu qualifié Un faible investissement initial et un faible coût de fonctionnement

notamment au niveau de la consommation Les conditions climatiques favorables à ce genre de système

d’épuration. La disponibilité du terrain. L’adaptation de ce type de procédé aux objectifs de qualité recherchés.

2.5. La variante retenue

La première variante présente les inconvénients suivants :

Des coûts d'investissement et d'exploitation très élevés, essentiellement :

- Les frais de l'énergie.- Les charges du personnel qualifié qui va assurer le suivi du

fonctionnement de la station.


Des problèmes de coordination dus au fait que les deux variantes exigent une gestion mixte OCP-municipalité. Ceci va compliquer l'exploitation de la station, d'autant plus que l'OCP envisage l'utilisation de ses moyens propres pour ce projet de récupération des eaux usées.

Les avantages du lagunage naturel pour ce projet sont les suivants :

Le coût de l'eau traitée : Le coût de technologies appropriées pour le Maroc tel que le lagunage varie entre 1,12 et 1,70 dirhams par m3

d’eau traitée, tandis que le coût de l'eau potable distribuée par l'ONEP est en moyenne de 2.10 dh/m3.

Les performances épuratoires : Compte tenu des conditions climatologiques marocaines, le lagunage naturel est le mieux adapté car il permet de tirer bénéfice de la température et de l'ensoleillement.

Les coûts de réalisation et d'exploitation du lagunage naturel sont les plus faibles parmi toutes les filières d'épuration.

La simplicité de l'exploitation : Le procédé n'exige pas un personnel qualifié.

La disponibilité du terrain pour la réalisation de la station. La gestion de la station sera assurée par l'OCP.

Conclusion

Suite aux différents arguments et statistiques avancés auparavant, le lagunage naturel semble être le procédé de traitement le plus approprié de point de vue technique et économique.La station projetée va traiter la totalité des effluents de la ville, y inclut le domaine OCP.


Chapitre III

1. Situation géographique et administrative

Khouribga est situé à 120 km au sud de Casablanca sur la route principale n°13 qui la relie à Beni Mellal. Ces coordonnées Lambert moyennes sont : X = 385, Y = 254 et Z = 800 m NGM.La ville de Khouribga a été créée vers 1920 à la suite de la découverte de gisements de phosphates sur le plateau des Ouerdigua. En 1960 la municipalité a été instituée, puis en 1967 la ville devient le chef-lieu de la province de Khouribga, province faisant partie de la région économique du centre (REC). La ville de Khouribga comporte 185 districts répartis en 4 arrondissements.

2. Topographie La ville de Khouribga, (latitude 32°53’N et longitude 6°54’W) est située au niveau du plateau des phosphates entre les cotes 790 et 805 m. Son altitude moyenne est de 800 m NGM. Son relief est relativement plat avec une pente variant de 0.3% à 1%. Khouribga est constituée de deux bassins. Le premier draine la ville hors zone OCP. Les eaux de ruissellement s’écoulent du nord-est vers le sud-ouest pour rejoindre en aval l’oued Touim. Le deuxième bassin draine la zone OCP située au sud-est de la ville. Les eaux pluviales se dirigent au sud de la ville vers le thalweg Derba.


3. Géologie

Le plateau des phosphates constitue un ensemble de plates-formes emboîtées qui correspondent aux niveaux calcaires les plus résistants de la série sédimentaire s’étendant du Crétacé à l’Eocène (Cf. "Carte de la géologie de Khouribga" à l'annexe).

4. Hydrogéologie

Au niveau de la ville de Khouribga, aucune nappe n’est présente à faible profondeur (moins de 10 m).

5. Climatologie

Le climat de Khouribga est de type continental semi-aride avec une saison humide d’octobre à avril et une saison sèche de mai à septembre. La moyenne annuelle des températures est de 18°C avec une moyenne des minima de 4.5°C de décembre à février et une moyenne des maxima de 33°C en juillet-août.

La saison des pluies s’étale d’octobre à avril soit 50 à 80 jours par an. Les précipitations moyennes varient entre 200 et 45 mm. La pluviométrie annuelle moyenne étant d’environ 400 mm/an et l’évapotranspiration est importante (360 mm/an)

Les vents dans la région sont relativement faibles Les vents dominants proviennent du nord durant la saison sèche et du nord-est durant la saison humide Ils se caractérisent par une faible intensité puisque la vitesse moyenne annuelle est de 11 km/h avec un maximum de 25 km/h en juillet. Le vent chaud du sud-est (Chergui) souffle en moyenne 35 jours/an.6. Assainissement


Le réseau d’assainissement de la ville de Khouribga est de type unitaire. Il est constitué d’environ 100 km de collecteurs (circulaires et ovoïdes). Du fait de la présence de deux grands bassins versants, la ville de Khouribga est dotée de deux stations d’épuration : une station municipale et une station OCP.Le taux de raccordement au réseau d’assainissement est estimé à environ 88%. Les 12% restants sont répartis comme suit : 8% en puits perdus et 4% en rejet direct.

7. Démographie L’évolution passée de la population de la ville de Khouribga est résumée dans le tableau 4 :

Tableau 4 : Evolution passée de la population de la ville de Khouribga

1960 1971 1982 1994Population 40 838 73 667 127 181 152 090Ménages 12 762 21 729 27 296Taux d'accroissement moyen 5.5% 5.1% 1.5%

La population est estimée en 1998 à ,156 668 habitants. Les projections futures tablent sur un taux d’accroissement moyen de 1.5% par an. Le tableau 5 présente ces projections :

Tableau 5 : Evolution future de la population de la ville de Khouribga

1994 1997 2000 2005 2010152 090 159 036 166 301 179 154 193 000

8. Estimation des rejets d'eaux usées


Le débit moyen journalier des rejets des eaux usées de la ville de Khouribga a été estimé à partir de la consommation moyenne en eau potable et sur la base d’un coefficient de retour à l’égout de 80%.Un taux de 15% d’eaux claires a été pris en compte pour le secteur municipal.

Les tableaux suivants récapitulent les débits moyens d’eaux usées actuelles et futures de la ville de Khouribga :

Tableau 6 : Estimation des rejets de Khouribga (extra OCP + OCP)

1994 1995 1996 1997 2000 2005 2010Population (hab) 152 090 154 371 156 686 159 036 166 301 179 154 193 000

Consommation (m3/j)

13 513 13 020 13 593 13 797 15 634 17 880 19 512

Débit eaux usées (m3/j) 12 186 11 742 12 259 12 443 14 099 16 125 17 597

Tableau 7 : Estimation des rejets vers la station municipale

1994 1995 1996 1997 2000 2005 2010Population (hab) 129 090 131 026 132 991 134 986 141 152 152 061 163 813Consommation (m3/j) 11 469 11 052 11 537 11 711 13 269 15 175 16 562Débit eaux usées (m3/j) 10 551 10 168 10 614 10 774 12 207 13 961 15 237

Tableau 8 : Estimation des rejets vers la station OCP

1994 1995 1996 1997 2000 2005 2010Population (hab) 23 000 23 345 23 695 24 050 25 149 27 093 29 187Consommation (m3/j) 2 044 1 968 2 056 2 086 2 365 2 705 2 950Débit eaux usées (m3/j) 1 635 1 574 1 645 1 669 1 892 2 164 2 360


9. La laverie des phosphates

Créée en 1972, la laverie Sidi Daoui a pour objectif l'enrichissement, par lavage à l'eau douce, des phosphates pauvres. Elle se compose de 6 circuits : La manutention du produit brut ; Le circuit de lavage ; L’essorage par convoyeurs séparateurs ; Le circuit des stériles ; La décantation des boues de lavage ; Et enfin, l’installation de mise en solution du floculant.

On s’intéresse essentiellement au circuit de lavage, puisque c'est à ce niveau qu'on va réutiliser l'eau usée épurée. Il consiste en une élimination des tranches extrêmes par simple coupure granulométrique. Les principales phases du procédé sont :

Le débourbage :

Le minerai et l'eau de dilution sont introduits dans le débourbeur où se produisent des opérations de malaxage, d'attrition et de libération des grains de phosphate insérés dans des agrégats retenus dans des mottes délitables. Ceci permet la séparation des argiles des grains de phosphate.

Le criblage :

Le criblage est l'opération de séparation volumétrique de la pulpe débourbée auparavant. Il s'agit d'un crible vibrant qui consiste en l’élimination de la tranche grossière (> 2.5 mm) qui est évacuée par la suite vers la mise à terril de la laverie. La classification par hydrocyclones


La pulpe de base traversant le crible est récupérée au niveau de plusieurs étages de classification par hydrocyclones afin d’éliminer une grande partie de la gangue. Chaque étage d’hydrocyclonage comporte : Une cuve d’alimentation ; Une pompe pour l’alimentation de l’hydrocyclone sous pression ; Un hydrocyclone réalisant la coupure.

Essorage par convoyeurs séparateurs :

Le but est de baisser l’humidité du phosphate lavé en provenance des suverses des hydrocyclones épaississeurs.

La laverie consomme une grande quantité d'eau évaluée à 10 000 m3/j.Le débit des eaux usées à traitées étant largement supérieur à cette valeur, le projet en cours pourra bien répondre au besoin en eau de la laverie.


Chapitre IV

1. Les données de base

La population Tableau 9 : Données sur la population de la ville

Horizon 2005 2010Taux de raccordement 0,925 0,95Population (hab) 179 154 193 000Population raccordée (hab) 165 717 183 350

La température T Tableau 10 : Variation saisonnière de la température

Saison Mois Max °C Moy.Max °C Min °C Moy.Min °C

1Janvier 14.5

16.63.8

5.1Février 16.6 4.9Mars 18.9 6.6

2Avril 21.6

25.618.2

14.1Mai 25.1 1.6Juin 30.2 13.5

3Juillet 34.7

33.117.2

16.7Août 34.5 17.7Septembre 30.3 15.4

4Octobre 24.9

19.812.3

8.5Novembre 19.4 8.4Décembre 15.2 5

La température de dimensionnement est la température moyenne hivernale, soit 10°C. L'évaporation dans la zone d'étude atteint 500 m3/j sur une surface de

50 ha soit environ 1 mm/j. Débit moyen des eaux usées Qm (m3/j) Charge polluante de l’effluent DBO5 Cp (kg/j) La concentration en DBO5 de l’effluent C (mg/l) :


Tableau 11 : Fluctuation saisonnière des paramètres de fonctionnement

Paramètre Débit moyen Charge DBO5Concentration

DBO5Unité m3/j kg/j mg/l

Hor

izon

2005

Trim

estr

e 1 15 000 4 620 3082 16 200 4 999 3083 17 900 5 500 3084 15 700 4 835 308

Hor

izon

2010

Trim

estr

e 1 16 200 5 913 3652 17 600 6 424 3653 19 600 7 154 3654 17 000 6 205 365

La pollution bactériologique : On retiendra une concentration en coliformes fécaux de 107 unités par 100 ml (moyenne usuelle dans les eaux usées urbaines).

2. Dimensionnement des bassins

2.1. Les lagunes anaérobies

2.1.1. Critères de conception

Pour le Maroc, les critères de conception utilisés sont : La charge surfacique : CS > 1000kg/j/ha ; La charge volumique : CV entre 50 et 300 g/m3/j selon la température ; La profondeur : ha varie entre 3 et 5 m ; Le temps de séjour : Ta varie entre 1 et 10 j.

2.1.2. Dimensionnement

Le volume du bassin est calculé à partir de l’égalité suivante :


Avec :Vu : Volume utile du bassin en m3

La charge volumique, ainsi que le rendement épuratoire dépendent essentiellement de la température, comme le montre le tableau 12 :

Tableau 12 : Variation de la charge volumique en fonction de la température(selon MARA)

Température °C Charge volumique (g/m3/j)

T ≤ 1010 < T ≤ 20

T > 20

10020T – 100

300

La surface totale des bassins vaut donc :

Avec :ha : la hauteur des bassins anaérobies.

Le temps de séjour Ta (j) se calcule à partir de :

Pour tenir compte des boues, le volume utile doit être majoré de 10% soit un volume total :

2.1.3. Résultats

Le dimensionnement des bassins anaérobies aboutit aux résultats suivants sur le tableau 13, le détail des calculs étant rapporté dans l'annexe :

Tableau 13 : Résultats du dimensionnement des bassins anaérobies

Horizon 2005 2010


Profondeur des bassins ha (m) 3 3Surface totale des bassins Sa (ha) 1,66 2,14Nombre des bassins en parallèle 2 2Longueur au miroir (m) 150 150Largeur au miroir (m) 56 72Volume utile Vu (m3) 49 885 64 240Volume total VT (m3) 54 873 70 664Temps de séjour Ta (j) 3.08 3.65

2.2. Les lagunes facultatives


La charge surfacique : CS varie de 30 à 400 kg/ha/j ; La profondeur : hf varie entre 1.2 et 2 m ; Le temps de séjour : Tf varie entre 15 et 30 j.


La superficie du bassin est donnée par la formule suivante :

La valeur de la charge surfacique varie en fonction de la température comme l'indique le tableau 14 :

Tableau 14 : Variation de la charge surfacique en fonction de la température

(selon MARA)

Température °C Charge surfacique (kg/ha/j)

T ≤1010 < T ≤ 20

T > 20

10010 T

50 × 1.072T

Le temps de séjour est calculé par :


Le débit sortant des bassins facultatifs s’exprime par :

Comme pour les bassins anaérobies, on prévoit une majoration de l'ordre de 10% du volume utile.Le rendement des bassins facultatifs Rf se calcule à partir de la formule suivante (selon MARA) :

en %

Avec :K : Taux d'enlèvement de la DBO5 en j-1 Le coefficient K s'exprime comme suit :

2.2.3. Résultats

Les résultas des calculs sont reportés sur le tableau 15 :

Tableau 15 : Résultats du dimensionnement des bassins facultatifs

Horizon 2005 2010Profondeur des bassins h (m) 1.2 1.2Surface totale des bassins Sf (ha) 29.94 38.54Nombre des bassins en parallèle 4 4Longueur au miroir (m) 400 450Largeur au miroir (m) 187 214Volume utile (m3) 359 251 462 528Volume total (m3) 395 176 508 780Temps de séjour Tf (j) 22.19 26.30Rendement (%) 65 65


2.3. Les lagunes de maturation


La charge surfacique d’entrée ne doit pas dépasser 50 kg/ha/j ; Le temps de séjour Tm est au minimum de 5 jours (3 pour les bassins en

série) et peut être supérieur à 10 jours ; La profondeur des bassins est comprise entre 1 et 1.5m.


Compte tenu de leur fonction, le dimensionnement des bassins de maturation est donc basé sur l’élimination des germes pathogènes. La surface des bassins est calculée par :

Avec :Tm : Temps de séjour dans le bassin de maturationhm : Profondeur du bassinLe temps de séjour nécessaire est calculé en fonction du taux d’élimination de la charge bactérienne recherché. Il est donné par la formule suivante :

Avec : N0 : Nombre de coliformes fécaux par 100 ml de l’effluent à l’entréeN : Nombre de coliformes fécaux par 100 ml de l’effluent la sortie. On la fixe à 1000 C.F /100ml, qui est la valeur limite admissible pour des rejets destinés à l'agriculture.Kd : Coefficient de dégradation des germes pathogènes en j-1

n : Nombre de bassins de maturation Kd s’exprime de la manière suivante :


Dans les conditions marocaines, on accepte généralement pour K une valeur de 1.5. Le volume utile des bassins de maturation doit être majoré de 5% pour tenir compte de l'accumulation des boues.

2.3.3. Résultats

Les bassins de maturation auront les caractéristiques suivantes (tableau 16) :

Tableau 16 : Résultats du dimensionnement des bassins de maturation

Horizon 2005 2010Profondeur des bassins (m) 1.2 1.2Surface totale des bassins (ha) 5.58 5.06Nombre des bassins en série 2 2Longueur au miroir (m) 250 250Largeur au miroir (m) 112 101Volume utile (m3) 67 016 60 773Volume total par (m3) 70 367 63 811Le temps de séjour (j) 4.14 3.45

3. Performances épuratoires

Suite au calcul du rendement des bassins facultatifs, on aboutit aux concentrations suivantes en DBO5 de l’effluent à la sortie des bassins facultatifs (tableau 17) :

Tableau 17 : Concentration en DBO5 de l’effluent à la sortie des bassins facultatifs

Saison Rendement % Concentration en DBO5 (mg/l)

Horizon 2005

1 82,24 54,692 86,93 40,253 88,49 34,454 83,67 50,31

Horizon 2010

1 81,09 69,022 88,74 41,093 90,04 36,374 85,90 51,48

Les bassins de maturation sont destinés essentiellement à l'élimination des germes pathogènes. Cependant, ils peuvent abattre une partie de la


matière organique. On doit s’attendre donc, à la sortie de la station, à des concentrations encore plus faibles que ceux rapportées sur le tableau 17.

Abattement de l'azote total

L'équation d'abattement de l'azote total est comme suit:

Avec :Cs : concentration en azote à la sortie de la station (en mg/l)Ce : concentration en azote à l'entrée de la station (mg/l) T : température minimale (moyenne mensuelle) en °CPour les différents bassins de la station, on admettra les valeurs usuelles suivantes pour le pH :

Tableau 18 : Valeurs usuelles du pH dans les bassins de lagunages

Bassin PHAnaérobieFacultatifMaturation1Maturation2

7.58

8.58.5

Les concentrations d’azote à l’entrée de la station sont respectivement de 86.85mg/l à l’horizon 2005 et de 79.94 mg/l à l’horizon 2010 (Référence : SAFEGE-Team Maroc).Les concentrations d’azote à la sortie de chaque bassin sont reportées sur le tableau 19 :

Tableau 19 : Concentration d'azote de l'effluent épuré

Bassin Azote (mg/l)2005 2010

Anaérobie 66,87 62,00Facultatif 41,98 38,93Maturation1Maturation 2

24,9414,81

23,1513,77

Elimination des oeufs d'helminthes


L'élimination des œufs d'helminthes s'effectue par sédimentation et peut être approchée par l'équation de MARA suivante :

avec :R : le taux d'abattement des œufs d'helminthesTS : temps de séjourLes helminthes sont fréquemment rencontrés dans les eaux résiduaires. Dans les eaux usées urbaines, le nombre d'œufs d'helminthes peut être évalué entre 10 et 103/l.On retiendra une valeur de 600 œufs d'helminthes par litre qui est la valeur prise généralement dans les pays d'Afrique du Nord.Le calcul de la concentration en œufs d'helminthes dans les différents bassins de la station est présenté sur le tableau 20 :

Tableau 20 : Concentration en œufs d'helminthes dans l'effluent épuré

Bassins Rendement (%) Nombre des œufs d'helminthes /litre

2005 2010 2005 2010Anaérobie 90,17 92,32 58,95 46,06Facultatif 99,94 99,94 0,031 0,024Maturation 1Maturation 2

93,8693,86

92,9492,94

1.9 10-31.2 10-4

1.7 10-31.22 10-4

Le nombre d'œufs d'helminthes dans l'effluent épuré étant inférieur à l’unité, répond bien aux normes de l'OMS en vigueur concernant les rejets destinés à l'agriculture. Cependant, l'eau utilisée pour le lavage des phosphates requiert des qualités meilleures. Elle doit être exempte de tout germe pathogène capable de nuire aux usagers et aux agents qui la manipulent à tous les niveaux de la laverie. Une étude de la désinfection, traitement de finition, sera présentée dans un chapitre postérieur.

Conclusion

A l’horizon 2010, la station de traitement par lagunage de la ville de Khouribga sera constituée de :


2 bassins anaérobies en parallèle de superficie unitaire 1.08 ha ; 4 bassins facultatifs en parallèle de surface unitaire 9.63 ha ; 2 bassins de maturation en série de surface unitaire 2.53 ha ; Un poste de désinfection.La station aura un temps de séjour total de l'ordre de 33 jours.

On présente par la suite l'esquisse d'une vue en plan des bassins de lagunage de la station.


Figure 6 : Vue en plan des bassins de lagunage

Chapitre V

1. Etudes préliminaires


La réalisation des bassins de lagunage nécessite un certain nombre d'études préliminaires. Ces études englobent cinq parties : l’étude géographique situant le site dans son environnement, l’étude topographique qui présente la morphologie du site et permettra de préciser les conditions de réalisations du chantier, l’étude géologique qui décrit les matériaux rencontrés, la géotechnique qui détermine les caractéristiques de ces matériaux et l’hydrogéologie qui présente le comportement de la nappe dans le sol.

1.1. Données géographiques

Le choix de l’emplacement du site pour le lagunage doit tenir compte de plusieurs critères géographiques :

L’éloignement des habitants : Le lagunage, comme tout procédé d’épuration, est susceptible de produire des odeurs et donc de gêne pour les riverains surtout dans les régions où le vent est important. Il est donc fortement conseillé, pour des questions d’hygiène et de bien-être de la population, de respecter la règle des 200 m entre l’installation et les premières habitations.Pour notre projet, le site projeté pour la réalisation de la station se trouve à 2 km au sud de la ville de khouribga.

La position du site par rapport au réseau d’assainissement : Le choix du site doit permettre dans la mesure du possible l’arrivée en gravitaire des effluents jusqu'à la station. L’intérêt est d’éviter des coûts supplémentaires de pose de canalisation ou de postes de relèvement.Le site du lagunage se trouve en aval de la station de traitement municipale, donc l'acheminement des effluents nécessitera une conduite d'amenée.

Situation de la station par rapport aux vents dominants : La station doit être en aval, par rapport aux vents dominants, des zones urbaines. Ceci


limitera considérablement les risques de désagréments et donc de plainte de la part des riverains.La situation de la station est propice vis à vis de ce critère car les vents dominants proviennent du nord, la station étant au sud de la ville.

Le plan de situation du site retenu pour la réalisation du lagunage étant reporté à l'annexe.

1.2. Etude topographique

Les terrains plats ou ayant une légère pente seront choisis préférentiellement. La topographie du site devra favoriser le système gravitaire entre les bassins et l’entrée et la sortie de la station. Le terrain sur lequel sera réalisé le projet est d'une topographie presque plane d'une pente douce qui varie entre 0.5% et 1%.

1.3. Etude géologique

La structure géologique du site est étudiée à partir d’observations sur le site et d’une carte géologique locale. Lors de cette première approche, on a pu identifier :

La nature des matériaux en surface : Il s'agit d'un terrain rocailleux surmonté d'une terre végétale d'une épaisseur de 50 cm.

La nature des matériaux du site: Il s'agit d'un calcaire gris fragmenté altéré par place. Les caractéristiques du substratum : Le substratum se trouve à une profondeur de 9 m environ. Il est constitué de calcaire grisâtre siliceux dur. L'annexe comporte une coupe moyenne du terrain.

1.4. Etude hydrographique et hydrogéologique


Cette étude consistera à connaître le niveau de la nappe aquifère et ses variations, son importance économique (exploitation) et évaluer les risques de contamination.

Plusieurs forages furent exécutés au droit de Khouribga ou un peu plus au sud, sans succès probant car ils captaient la nappe sénonienne profonde (plus de 70 m) et de mauvais rendement ; La nappe sénomano-turonienne trop profonde (de l'ordre de 140 m) était inexploitable.

Au niveau du site de lagunage la nappe est très profonde, ce qui ne pose pas une contrainte pour la réalisation de la station. Néanmoins, l'étanchéité reste indispensable pour palier à tout risque d'infiltration au cas de fissures profonde, vu que le terrain en place est constitué de calcaire fragmenté.

1.5. Etude géotechnique sommaire

Cette étude nous fournit les informations suivantes :

L’homogénéité du substrat, sa nature et ses caractéristiques : Le substrat est homogène, il est constitué par une roche altérée ce qui peut présenter des problèmes lors des opérations de terrassements et de mise en œuvre.

La perméabilité K : L’imperméabilité du site d’implantation du lagunage est un facteur déterminant pour le bon fonctionnement du processus épuratoire.Des forages ont été réalisés dans la région et ont donné des perméabilités qui se situent entre 10-6 et 10-4 cm/s.


2. Caractéristiques des bassins

Un certain nombre de critères est à respecter lors de la conception des bassins de lagunage. Ces critères concernent essentiellement l’orientation et la forme des bassins.

2.1. Orientation et forme des bassins

2.1.1. Forme des bassins

La forme des bassins doit être régulière avec, si possible, une longueur supérieure à 2 fois la largeur. Un grand rapport longueur/largeur (lagunes trop longues) peut entraîner la création de houles et un batillage important des digues et être à l’origine de dégradations de celles-ci. Les angles des bassins seront dans tous les cas arrondis pour éviter l’accumulation des dépôts et la création de zones mortes.La forme des bassins et le positionnement des ouvrages d’entrée et de sortie des lagunes ne doivent pas favoriser des cheminements préférentiels de l’effluent ni la création de courts-circuits et de zones mortes. Les principales anomalies à éviter sont : Courts-circuits : Diminution du temps de séjour et donc des rendements

épuratoires des lagunes. Zones morte : Accumulation de sédiments et de flottants pouvant

entraîner une fermentation acide et le dégagement de gaz nauséabonds.

2.1.2. Orientation des bassins

Les bassins doivent être orientés dans la mesure du possible, dans le sens des vents dominants pour favoriser l’écoulement entre entrée et sortie de la lagune. Un mauvais positionnement par rapport aux vents dominants


peut entraîner une gêne au niveau de la circulation des effluents et la création de zones d’accumulations et l’apparition d’odeurs.

3. Réalisation de la station

Les travaux de réalisation comprennent : La préparation de l’emprise des lagunes ; Le creusement des bassins ; La construction des digues ; L’étanchéification des digues et des fonds des bassins ; La construction des ouvrages divers (prétraitement,

communications…).

3.1. Préparation du site

Il comprend les opérations suivantes :L’enlèvement de la végétation : Arrachage ou abattage des arbres, haies situées dans l’emprise des lagunes et des digues.

Décapage : il concerne l’emprise des lagunes, des digues. Ce décapage est généralement réalisé sur une couche de 20 à 30 cm. Il consiste à enlever la couche superficielle de terre végétale, de vases ou de tourbes. Ces matériaux seront stockés à proximité du chantier en vue de leur réutilisation pour les parements extérieurs et la crête des digues.

Remarque

On signale que les lagunes doivent s'intégrer parfaitement dans le paysage. A cette fin, le site de la station doit être aménagé pour accueillir des plantations d'arbre pour l'embellir et le rendre agréable à la vue.

3.2. Creusement des bassins


Les lagunes peuvent être conçues de différentes manières : Par creusement et évacuation des remblais Par simple décapage du terrain et création des digues en remblais Par creusement et endiguement

Creusement et évacuation des remblais

Il s’agit du cas où les matériaux en place ne sont pas susceptibles d’être réemployés pour la réalisation des remblais suite à une difficulté de compactage.

Figure 7 : Construction par creusement et évacuations des remblais

Creusement et endiguement

Il s’agit de la solution la plus utilisée pour des raisons économiques (moins coûteuse) et qui permet un équilibre remblais-déblais.Les remblais sont souvent construits avec des terres provenant du creusement de la lagune ou de l’ancrage des digues. Les matériaux utilisés en remblais doivent être bien homogènes et conformes à ceux mis en évidence lors des travaux de reconnaissance.Si le sol en place ne peut être réemployé, il faut utiliser des terres provenant de zones d’emprunt.

Figure 8 : Construction par creusement et endiguement


Décapage du terrain et création des digues en remblais

Cette solution est conseillée : Si Le sol en place est suffisamment imperméable pour constituer le

fond des bassins mais pas assez important pour la réalisation de l’étanchéité des remblais.

Si des déblais réutilisables existent à proximité.

Figure 9 : Construction par décapage du terrain et création des digues en remblais

Remarque

Lorsque les digues sont construites en remblais, les travaux d’étanchéité du fond de bassin doivent être effectués avant leur mise en place.L’assise des digues doit être traitée comme le fond pour améliorer le contact digues/fond de bassin. De plus, il est préférable de prévoir une zone d’ancrage des digues.

Conclusion

On opte pour le deuxième cas de figure, à savoir la réalisation des bassins par creusement et endiguement.Les noyaux des digues seront réalisés par les matériaux extraits du creusement des bassins. Le reste du corps des digues sera réalisé par des matériaux d'apports. Vu la nature du domaine d'activité de l'OCP, il dispose d'engins de terrassements importants. Pour la réalisation des bassins de lagunage, le


recours aux moyens propres de l'OCP sera une solution adéquate techniquement et économiquement.

3.3. Calcul des terrassements

La méthode de creusement et endiguement va permettre d’assurer un certain équilibre entre les remblais et les déblais.

Le volume des déblais est égal à :

S : la superficie du bassin à la hauteur moyenne.H2 : la profondeur du bassin par rapport au terrain naturelLe volume des digues est donné par :

P : le périmètre du bassinH1 : la hauteur de la digue par rapport au terrain naturelL'équilibre déblais-remblais donne :

D'autre part, on a

H : La profondeur du bassin + revanche + couche de formeOn suppose qu'on va utiliser juste la moitié du volume des déblais pour la réalisation des noyaux des digues.


Tableau 21 : Volumes des déblais et remblais

Bassin H Périmètre (m) S unitaire (m2) H1 H2 VD total (m3) VR total (m3)Anaérobie 3,7 444 10 800 2,65 1,05 22 662 11 331Facultatif 2,6 1 328 96 300 2,32 0,28 108 350 54 175Maturation 2,4 702 25 250 1,97 0,43 21 865 10 933

Total 152 878 76 439

3.4. Conception des digues

3.4.1. Caractéristiques générales des digues

Les digues seront caractérisées par une faible hauteur et une grande développée.

La stabilité des digues est, en général, assurée avec les pentes suivantes :- 1.5 à 2/1 pour le parement aval (non exposé à l’eau) ;- 2 à 2.5/1 pour le parement amont (au contact de l’eau).

La largeur des digues sera de minimum de 3 m pour permettre la circulation des véhicules.

3.4.2. Etanchéité des digues

Le profil des digues dépend des matériaux reconnus lors des études préliminaires et des conditions générales de chantier ; plusieurs cas peuvent être retenus :

Digues homogènes

Cette solution peut être adoptée lorsque la quantité de matériau étanche disponible est suffisante. Elle est simple et économique. Les matériaux sont répandus et compactés par couches horizontales successives de 20 à


40cm. La liaison entre les différentes couches se fait par une scarification superficielle de la dernière couche compactée et parallèlement a la digue.Lorsque les matériaux constitutifs de la digue ne sont pas suffisamment étanches, il est possible de recourir à la pose d’un tapis ou d’une géomembrane.

Digues étanchées par tapis d’argile

Deux cas se présentent :

Les matériaux en place sont perméables. Les digues seront effectuées à l'aide de ce matériau ( si aptitude au réemploi) et l'étanchéité par couche d'argile ( provenant de zone d'emprunt de proximité) réalisée sur toute la surface de la lagune : fond et parement internes.

Le fond des lagunes est imperméable mais les déblais ne le sont pas. Les digues seront réalisées avec ces déblais et un tapis argileux assurera l'étanchéité de celle-ci. Le tapis argileux doit obligatoirement être en contact avec le fond de la lagune.

Digues étanchées par géomembrane

L’étanchéification des bassins par géomembrane devra être envisagée en dernier recours et si aucun site mieux adapté n’est à disposition.Sur le marché existent différents types de géomembrane susceptibles d’être employées dans un bassin de lagunage : en particulier, des géomembranes bitumineuses, en polyéthylène haute densité ou en polychlorure de vinyle plastifié (PVC). Une tranchée d’ancrage est disposée en crête de digue(les sections de ces ancrages peuvent être de l’ordre de 30 cm × 30 cm).


Figure 10 : Digue étanchée par géomembrane

3.4.3. La revanche

La revanche permet d’éviter la submersion de la crête des digues par les vagues. Pour les petits bassins (surface inférieure à 1 ha), il suffira d’une hauteur de revanche de 0.5 m.Pour une surface de bassin comprise entre 1ha et 3 ha, la hauteur de revanche variera linéairement entre 0.5 m et 1 m.Pour les grands bassins (surface de plus de 3 ha), la revanche peut être estimée par la formule simplifiée :

F : fetch (ou longueur du plan d’eau) en KmCe qui donne lieu au tableau suivant :

Tableau 22 : Valeurs de la revanche des bassins de lagunage

BassinHorizon 2005 Horizon 2010

Surface unitaire

(ha)Revanche

(m)Surface unitaire

(ha)Revanche

(m)Anaérobie 0.83 0.5 1.07 0.51Facultatif 7.35 1.2 7.98 1.2Maturation 2.82 0.96 2.82 0.96

3.4.4. Protection anti-batillage


Le vent dans le cas de lagunes naturelles est susceptible de créer des vagues pouvant, lors de leur déferlement sur les digues, créer des dégradations. Une protection contre l'action de ces vagues est essentielle pour assurer la bonne stabilité des digues dont dépend l'étanchéité des bassins et la circulation des engins d'exploitation et d'entretien des lagunes.La solution la plus utilisée et la plus adaptée est l'enrochement.

3.5. Réalisation de l’étanchéité des fonds des bassins

L'étanchéité des bassins de lagunage est nécessaire pour :

Éviter toute contamination de la nappe phréatique ; Assurer un niveau constant d'eau dans les lagunes (V effluent > V

évaporation + V infiltration) pour un bon fonctionnement de la station ; Garantir la stabilité des digues en éliminant tout risque d'infiltration à

travers la surface de contact digue-terrain naturel ; Assurer un débit suffisant vu la destination au réemploi de l'eau traitée. Cette étanchéité sera réalisée différemment :

3.5.1. Par compactage

Simple compactage du fond : Le terrain en place, une fois décapé ou une fois la côte du fond des bassins atteinte, est imperméable (10-8 à 10-7 m/s). Il sera simplement scarifié puis compacté.

Compactage d'une couche et du fond : Le terrain est imperméable (10-6 à 10-7 m/s, mais devra, afin d'obtenir une étanchéité adaptée, être compacté en profondeur. Le terrain est décaissé sur environ 30 à 50 cm, la terre déblayée est, stockée aux abords. Le fond est alors scarifié et compacté et la terre stockée est épandue en une ou plusieurs couches successives de 20 à 30 cm. Le contact entre 2 couches successives sera obtenu par


scarification en surface de la dernière couche compactée sur laquelle sera épandue la couche suivante qui sera alors compactée.

Apport de matériaux argileux : Dans le cas où le terrain n'est pas imperméable (même après compactage), on prévoit l'apport de couches argileuses provenant de zones d'emprunt de proximité. Le terrain en place est scarifié puis compacté et chaque couche supplémentaire d'apport sera compactée puis scarifiée en surface pour recevoir la couche suivante.

3.5.2. Par traitement des sols

Des traitements des sols à base de bentonite sont parfois utilisés pour étancher les bassins de lagunage. La bentonite est une argile de type montmorillonite ayant un pouvoir de gonflement à l’eau de l’ordre de 10 à 20 fois son volume sec. En mélange ou en contact avec un milieu granulaire ou avec un sol, elle remplit les interstices lors du gonflement et abaisse ainsi fortement la perméabilité initiale. On lui ajoute parfois des polymères pour la fixer et des liants hydrauliques pour stabiliser le mélange.De nombreux déboires ont été constatés avec l'emploi de la bentonite. L'efficacité, à long terme, n'est pas garantie ; la plus grande prudence est de mise, quant à son emploi.

3.5.3. Par géomembrane

Lorsque aucune des solutions précédentes n'est techniquement ou économiquement adaptée pour assurer l'étanchéité des fonds de bassin, il est toujours possible de recourir à la pose d'une géomembrane.


Les modalités de pose seront préconisées par l'entrepreneur spécialisé. Pour résumer, il faudra s'assurer de la bonne soudure entre les lés, de la planéité du sol, de l'ancrage de la membrane sur la digue et du drainage des gaz pouvant se former sous la membrane.Généralement, l'emploi d'une géomembrane en fond de bassin entraîne, aussi, son utilisation sur les digues.

Conclusion

L'étanchéité du fond des bassins et des digues par argile nécessitera de grandes quantités, vu l'étendu de la station. L'argile n'étant pas disponible dans la région, on aura recours à l'utilisation des géomembranes pour la réalisation de l'étanchéité.


Chapitre VI

Introduction

L'exploitation d'une lagune ne consiste pas uniquement en la réalisation de travaux de maintenance mais comprend également la mise en place d'une gestion continue du procédé.En effet, malgré une grande souplesse d'exploitation, dû au fait que le procède est extensif et par définition les processus de fonctionnement sont naturels et ne sont pas directement contrôlés par l'exploitant, le lagunage nécessite une surveillance et des interventions régulières permettant d'activer, de stabiliser, d'optimiser ou de maintenir les performances d'épuration.

1. Entretien de la surface des lagunes

Cette opération consistera en l'élimination manuelle ou mécanique des écumes et flottants, des plantes aquatiques et macrophytes se développant dans les bassins.En lagune facultative ou de maturation l'élimination des flottants et de la végétation en surface est essentielle pour permettre la pénétration de la lumière et l'oxygénation du milieu.L'élimination des macrophytes ou des macroalgues fixées sur le fond des lagunes est également importante si l'on veut éviter une altération de la perméabilité du fond des bassins.

2. Entretien des digues et des abords


Ces opérations consistent essentiellement en un contrôle et une maîtrise de la végétation et à lutter contre les rongeurs et les insectes notamment les moustiques. Elles concernent également la surveillance et l'entretien des enrochements anti-batillage.

3. Le curage

Le lagunage naturel conduit à une accumulation de boues au fond des bassins. Le premier bassin est celui où se déposent la plus grande partie des sédiments (> 50 %), les zones préférentielles étant à l'entrée et à la sortie de la lagune.Pour un effluent urbain normal (55 g de MES /l d'effluent). On peut estimer de 2 à 3 cm de dépôt par an dans le premier bassin. Ces valeurs sont représentatives d’un effluent urbain normal, mais la fréquence des curages dépendra en fait de la vitesse de dépôt, fonction de le teneur en MES de l’effluent et du débit.

On peut estimer que la station d'épuration par lagunage nécessitera :

Un curage partiel en entrée de lagune (cône de sédimentation) tous les 2 ou 3 ans ;

Un curage des lagunes primaires tous les 10 ans ;Pour les autres bassins secondaires, un curage tous les 15 ou 20 ans semble suffisant.


Chapitre VII

Introduction

Les eaux brutes doivent généralement subir, avant leur traitement proprement dit, un prétraitement qui comporte un certain nombre d'opérations uniquement physiques ou mécaniques destinées à extraire de l’eau brute la plus grande quantité possible d’éléments dont la nature ou les dimensions constitueraient une gêne pour les traitements ultérieurs.

Les opérations de prétraitement qu'on préconise pour notre projet, et vu qu'il s'agit d'un traitement biologique secondaire, se présentent comme suit :

Eaux usées brutes vers les lagunes

Vers la décharge Traitement des boues

1. Dégrillage

Le dégrillage, premier poste de traitement, est indispensable pour les eaux résiduaires, il permet : De protéger les ouvrages aval contre l’arrivée de gros objets

susceptibles de provoquer des bouchages ; De séparer et évacuer facilement les matières volumineuses charriées

par l’eau brute, qui pourraient nuire à l’efficacité du traitement suivant.

On distingue trois types de dégrilleurs :

dégrillage

dessablage


Dégrilleur fin : pour écartement inférieur à 10 mm ; Dégrilleur moyen : pour écartement de 10 à 40 mm ; Dégrilleur grossier : pour écartement supérieur à 40 mm.

1.1. Dimensionnement

Les critères de conception d'un dégrilleur mécanique sont présentés sur le tableau suivant :

Tableau 23 : Critères de conception d'un dégrilleur mécanique

Epaisseur des barreaux (mm) 8-10Espacement entre les barres (mm) 10-40Pente par rapport à l'horizontal (°) 75-80Vitesse à travers les grilles (m/s) 0.6-0.9Rapport profondeur/épaisseur 50-75Pertes de charge admissibles 150 mm

Par principe, la vitesse de passage à travers la grille doit être suffisante pour obtenir l’application des matières sur la grille, sans provoquer une perte de charge trop importante, ni entraîner un colmatage en profondeur des barreaux ou un départ des matières avec le flot. Les vitesses de passages entre barreaux communément admises sont de l’ordre de 0.6 à 1 m/s en moyenne avec des valeurs de 1.2 à 1.4 m/s pour les débits maximaux.

La section mouillée de la grille est donnée par :

Avec :Q : Débit maximal à travers la grille.v : Vitesse de l'écoulement à travers la grille. a : Le rapport de l'espace libre et de la largeur totale de la grille.c : Coefficient de colmatage dépendant de la qualité de l'eau et du système de reprise des résidus. Pour les grilles à nettoyage mécanique et pour un rejet domestique, il est de l'ordre de 0.3 à 0.4.


Les pertes de charges à travers la grille sont données par :

avec :Sf : La surface fermée de la grille.Sl : La surface libre de la grille.θ : Angle d'inclinaison de la grille par rapport à l'horizontale.β : Coefficient qui tient compte de la forme des barreaux. Ses valeurs sont les suivantes :

Tableau 24 : Valeurs du coefficient β en fonction de la forme des barreaux

Forme des barreaux βRectangulaires à arrête à angle droitRectangulaires avec face amont circulaireCirculaire

2.421.831.79

On opte donc pour un dégrilleur mécanique aux caractéristiques suivantes :

Espacement entre les barreaux = 25 mm. Barreaux circulaires de diamètre = 10 mm. Un rapport profondeur/épaisseur = 75. Un coefficient c = 0.3. Une vitesse à travers la grille = 0.9 m/s. Angle d'inclinaison θ = 80°

1.2. Résultats

La vérification des pertes de charges nous donne : Δh = 21 mm, qui est inférieure à la valeur admissible Δhmax = 150 mm.Par suite, les dimensions de la grille sont les suivants :


Diamètre des barreaux : 10 mm Nombre des barreaux : 56 Espacement entre les barreaux : 25 mm Largeur totale : 1.97 m Section mouillée : 1.06 m²

2. Dessablage

Les dessableurs sont conçus pour retenir les sables, les graviers, les débris de verre et d'autres matières non putrescibles telles que les grains, les noyaux, les boues de cigarettes... Ces matières doivent être rapidement éliminées dans la chaîne de traitement en vue d'éviter l'abrasion des corps des pompes et des équipements mécaniques, le colmatage des tuyauteries et leur accumulation dans les réservoirs.

2.1. Critères de conception

Le dessableur est dimensionné pour vérifier les conditions suivantes :1. une vitesse horizontale proche de Vh =0.3 m/s

2.

Avec : VS : Vitesse de chute des particules.Vh : Vitesse horizontale.H : Hauteur de la lame d'eau dans le dessableur.L : La longueur du dessableur.

3. Le temps de séjour varie entre 40 et 90 secondes, soit une valeur typique de 60 s.

4. La vitesse de chute est choisie en fixant la dimension de la particule de sable la plus petite.

Tableau 25 : Variation de Vs en fonction des dimensions des particules


D (cm) 0.005 0.01 0.015 0.02 0.03 0.04 0.05 0.1Vs (cm/s) 0 0 1.4 1.6 3 4.5 6 13

2.2. Dimensionnement

On dimensionne le dessableur pour déposer sur son fond tous les grains de diamètre D ≥ 0.15 mm.

Ce qui correspond à une vitesse de sédimentation VS = 1.4 cm/s. Une lame d'eau de H = 0.7 m nous donne un temps de séjour T s =50 s,

ce qui est proche de la valeur typique. La vérification de la deuxième condition nous donne L ≥ 15 m Le débit dans le canal peut être exprimé par la formule suivante :

2.3. Résultat

Le dessableur aura les caractéristiques suivantes : Hauteur : 0.7 m Longueur : 15 m Largeur : 1 m Temps de séjour : 50 s


3. Canal Parshall

La régulation de la lame d’eau dans le dessableur sera effectuée moyennant un canal Parshall (dispositif de contrôle de débit type Venturi). C'est une structure hydraulique de section transversale rectangulaire comportant une section rétrécie et un radier incliné vers l’aval. Ce canal comporte un convergent d’entrée à radier horizontal, un rétrécissement ou col et un divergent de sortie.

Figure 11 : Vue en plan du canal Parshall

Figure 12 : Vue de côté du canal Parshall

3.1. Critères de conception


Le canal Parshall doit permettre la circulation du courant d’eaux usées à une vitesse d’environ 0,3 m/s.

Les dimensions principales du dispositif préconisé sont données en fonction de la largeur du col W:

A = (1.96*W) + 0.479B = 0.49*W + 1.194C = W + 0.305

, on prend généralement

La formule donnant le débit en fonction de la hauteur d'eau est sous la forme:

3.2. Résultats

Les résultats de dimensionnement du canal Parshall sont les suivants:

W = 0.7 m A = 1.97 m B = 1.54 m C = 1 m Ha = 0.24 m Hb = 0.216 m


Chapitre VIII

Introduction

Le traitement par lagunage s'avère à lui seul insuffisant pour abattre la charge polluante de l'effluent à traiter, essentiellement les germes pathogènes, le recours à la désinfection s'avère indispensable pour obtenir une eau qui ne présente pas de risque pour le personnel qui va la manipuler.

Parmi les nombreux facteurs qui influencent la désinfection, on peut citer : la nature des micro-organismes, la concentration de l'agent chimique, le temps de contact, la température le pH et la présence de composés chimiques capables de réagir avec l'agent chimique de désinfection.

Le choix d'un moyen de désinfection se fait normalement en considérant les contraintes techniques, économiques et environnementales qu'il présente. En ce sens, le mode de désinfection idéal est celui qui regroupe les caractéristiques suivantes :

Efficacité pour la plupart des micro-organismes pathogènes sous différentes conditions;

Absence de sous-produits indésirables formés à la suite de son utilisation; Produit non dangereux pour la santé;

Facilité d'utilisation; Faibles coûts d'investissement et d'exploitation.

1. Rappel des principales méthodes de désinfection


Deux grands types de désinfection sont à considérer : La désinfection physico-chimique, par ajout de réactifs chimiques : le

chlore, le dioxyde de chlore, l'ozone ; La désinfection physique, essentiellement par rayons ultra-violets.

1.1. La chloration

Le chlore est un agent oxydant fort qui réagit facilement avec plusieurs substances organiques et inorganiques trouvées dans les eaux usées. Il est particulièrement efficace pour détruire les bactéries, mais moins efficace contre les virus. Aux fins de désinfection, le chlore est utilisé sous les formes suivantes : chlore gazeux, hypochlorite de sodium (eau de javel) et bioxyde de chlore.Sur le plan économique, il s'agit d'une technologie dont les coûts sont bien connus et les plus faibles parmi toutes les techniques éprouvées.Sur le plan de la sécurité, la manipulation du chlore, notamment sous forme gazeuse, nécessite d'importantes mesures de protection pour le personnel de la station d'épuration et constitue un risque pour la sécurité publique lors du transport.Enfin, sur le plan environnemental, la désinfection des eaux usées au chlore peut avoir un impact significatif sur la vie aquatique à cause de la toxicité, aiguë et chronique, du chlore résiduel. De plus, le chlore réagit avec certaines matières organiques contenues dans les eaux usées, même traitées, pour former des sous-produits organochlorés, dont certains sont potentiellement cancérigènes.

1.2. L’ozonation

L'ozone est un gaz instable que l'on doit générer sur place, dans les stations d'épuration, au moyen d'une décharge électrique produite dans


de l'air ou de l'oxygène. L'opération consiste à transformer l'oxygène sous forme «O2» en oxygène sous forme «O3».L'ozone a l'avantage de permettre des actions complémentaires dans la destruction d'un grand nombre de micropolluants et dans l'amélioration des goûts, des odeurs et dans la destruction de la couleur, ainsi que sa faible disposition à générer des produits secondaires indésirables. L’ozonation ne nécessite aucun transport de produits chimiques et est plus sécuritaire pour le personnel de la station d'épuration que la chloration.Les désavantages de l'ozonation des eaux usées sont essentiellement d'ordre économique, puisqu’elle entraîne des coûts élevés d'investissement et d'exploitation.Sur le plan environnemental, l'ozonation des eaux usées constitue une solution avantageuse car la matière organique est oxydée à l'oxygène plutôt qu'au chlore, ce qui prévient ainsi la formation de produits organochlorés. Aussi, même si l'ozone résiduel est très toxique pour la vie aquatique, il est rarement trouvé en quantité significative après la désinfection des eaux usées car l’ozone résiduel réagit très rapidement avec les différentes substances contenues dans les eaux ou à la limite s'élimine de lui-même parce qu’il est instable.L'ozonation est donc un moyen de désinfection des eaux usées intéressant, mais ses coûts la rendent généralement peu attrayante.

1.3. Le rayonnement ultraviolet

Le rayonnement ultraviolet pour la désinfection des eaux usées constitue une technique de plus en plus répandue. Il consiste à faire passer les eaux dans un canal ouvert muni de lampes à rayons ultraviolets.Les principaux avantages de cette technologie sont l'absence de formation de produits secondaires indésirables, de même que la simplicité et la


sécurité d'exploitation comparativement aux méthodes chimiques. De plus, son efficacité semble être supérieure à la chloration pour inactiver les virus. Toutefois, l’efficacité de cette technologie diminue lorsque la concentration en matières en suspension augmente.Sur le plan économique, les coûts du procédé sont relativement élevés.Le rayonnement ultraviolet n'a pas d'impact notable sur l'environnement car il ne nécessite aucun ajout de produit chimique et ne forme pas de sous-produits.Le rayonnement ultraviolet est donc un moyen de désinfection très intéressant. Il est plus efficace pour inactiver les virus, plus sécuritaire pour le personnel de la station d'épuration, de même que pour le public (aucun transport de produits chimiques) et moins dommageable pour l'environnement.

Le tableau suivant présente une comparaison des principaux modes de désinfection et ce sur la base des paramètres les plus déterminants :


Tableau 26 : Comparaison des principaux modes de désinfection des eaux usées

Chloration Ozonation Rayonnement UVInactivation bactérienne bonne bonne bonneInactivation virale faible bonne bonneRéactivation possible Oui non ouiRisque de toxicité élevée faible nonFormation de produits secondaires nuisibles

Oui faible non

Corrosif Oui oui nonRisque pour la sécurité publique Oui non nonRisque pour le personnel exploitant

élevé modéré faible

Transport requis modéré non nonComplexité de la technologie modéré élevée faibleFacilité de contrôle du procédé

bien connue en développement en développement

Fiabilité des équipements bonne passable bonneApplicable à quelles stations d'épuration

toutes les tailles grosses stations petites et moyennes

Niveau de prétraitement requis

aucun secondaire secondaire

Entretien requis minime élevé variableCoûts totaux faibles élevés modérés

2. Choix du procédé de désinfection

Pour le choix du procédé de désinfection, on se base sur deux critères essentiels :

Le degré de traitement : Les eaux traitées sont destinées au lavage des phosphates.


Le coût : La désinfection est complémentaire au traitement par lagunage, un procédé au coût modéré, elle ne doit en aucun cas engendré un surcoût qui influence sur l’investissement total du projet.

Le procédé d'ozonation est d'une technicité complexe, et d’un coût élevé.

La désinfection par UV est une technologie qui est encore en développement. Elle n’est applicable actuellement qu’aux petites et moyennes stations. Son coût est relativement élevé.

La chloration nous semble le moyen le mieux adapté à ce projet pour les raisons suivantes : Un faible coût ; Une technique bien maîtrisée et relativement simple ; Un entretien minimal.

En principe, un poste de désinfection par chloration se présente comme suit :

Figure 13 : Désinfection par chloration

Un surdosage sera prévu pour oxyder la matière organique résiduelle de l'effluent.Par ailleurs, la chloration peut donner lieu à des produits du chlore pouvant présenter un certain danger si des précautions nécessaires ne


sont pas prises. Ainsi, on préconise la mise en place d’un plan intégré de formation et de sensibilisation d’hygiène et de sécurité pour le personnel de la laverie.

Cependant, il faut prêter une attention toute particulière à la matière en suspension, dont peut être charger l'effluent final. Sa présence peut contrarier une bonne désinfection par le chlore en raison de la protection qu'elle peut offrir aux germes pathogènes. Aussi, doit-on l'éliminer par filtration, sur filtre à tambour par exemple, pour clarifier l'effluent au maximum.


Chapitre IX

Introduction

Il est souvent judicieux de tester la fiabilité d’un procédé avant sa mise en œuvre. Pour aboutir à cette fin, un prototype est souvent mis en place. Il permet la reproduction des phénomènes étudiés à une échelle réduite. Ainsi, il est plus facile de contrôler et de visualiser l’influence des paramètres de fonctionnement.Pour évaluer l'impact réel de la réutilisation des eaux usées épurées en laverie, il serait opportun de procéder à des essais de laboratoire au niveau d'une station pilote afin de pouvoir rectifier les erreurs éventuelles dues au dimensionnement du lagunage naturel.A cette fin, on a conçu un modèle pilote qui va servir pour vérifier le fonctionnement du traitement dans les conditions locales. On présente dans la suite la démarche suivie dans le dimensionnement et les résultats obtenus.

1. Dimensionnement

Pour la conception de cette station pilote, nous avons été heurtés à la non disponibilité de modèles de dimensionnement pour ce genre d’ouvrages. Nous avons donc opté pour une démarche analogue à celle de conception de la station de traitement en vraie grandeur. Le débit étant le principal paramètre de dimensionnement. Pour le déterminer, on s’est fixé des surfaces raisonnables pour les bassins et on a procédé à une itération à travers les différentes étapes de dimensionnement..


La concentration de l’effluent est une caractéristique intrinsèque au fonctionnement du traitement. Sa valeur sera donc identique à celle obtenue dans les calculs précédents.Le temps de séjour de la station pilote et celui de la station en vraies grandeurs doivent être identiques pour avoir le même degré de traitement. Ainsi, les paramètres de dimensionnement de la station pilote sont les suivants : Un débit de 10 m3/j Une concentration de l’effluent en DBO5 de 365 mg/l

2. Résultats Les résultats du dimensionnement de la station pilote sont présentés sur le tableau suivant :

Tableau 27 : Dimensions des bassins de la station pilote

BassinsNombre des

bassinsLongueu

r (m)Largeur

(m)Profondeur

(m)Surface

totale (m²)Volume

total (m3)Anaérobie 2 4 1.5 3 12 40Facultatif 4 11 5 1.2 219 289Maturation 2 6 2.4 1.2 29 9


Chap itre X

Introduction

Les estimations des coûts revêtent un aspect fondamental dans tout projet, car elles constituent une contrainte supplémentaire au projet. Dans une étude de variantes par exemple, les estimations des coûts peuvent aboutir à l'abondant d'une solution trop coûteuse même si du point de vue technique cette solution est la meilleure.

L'objet de cette partie est l'évaluation des coûts de réalisation de la station d'épuration par lagunage. Néanmoins, ces estimations ne peuvent prétendre représenter des prix exacts, mais une évaluation du coût.

On signale que les coûts présentés dans cette partie englobent la station par lagunage, la conduite d’amenée des eaux usées et la conduite de refoulement des eaux traitées vers la laverie.

1. Acquisition des terrains

Le statut des terres dans la zone du projet est de type collectif. Le coût d'acquisition du terrain est estimé à 15 000 DH par hectare.

2. Terrassement

L'estimation des coûts de terrassement se base sur des coûts unitaires fournis par l'OCP :

Sautage : 7.50 DH/m3

Excavation : 12.20 DH/m3

Remblais des digues : 50.00 DH/m3


3. Etanchéité

L'étanchéité sera réalisée par géomembrane en PVC. On a effectué l'estimation du coût du procédé, en se basant sur des réalisations similaires de l'OCP, soit un ordre de grandeur de 70.00 DH/m2

4. Ouvrages de prétraitement

Le prétraitement sera assuré essentiellement par un dégrilleur et un déssableur.Les coûts unitaires des ouvrages ne concernent que les travaux de génie civil, en se basant sur les expériences d'autres projets similaires.

5. Equipements hydrauliques

Il s'agit essentiellement de : conduites d'amenées Conduite de refoulement vers la laverie Pompe d'exhaure

6. Station de chloration

Elle comporte : 3 tanks de 800 kg chacun Un chlorinateur Une pompe Une balance hydraulique Accessoires

7. Divers

Cette rubrique englobe : Bâtiments et alimentation (eau+électricité)


La clôture de l'enceinte La plantation d'arbre

8. Frais du personnel

On ajoute aux coûts cités ci-dessus les charges du personnel de la station. Elles sont évaluées à 536 000 dh.

L'estimation des coûts de réalisation de la station donne lieu au tableau suivant :


Tableau 28 : Estimation du coût de réalisation de la station

Désignation Unité Quantité Montant en DH

Acquisition du terrain

TerrassementSautage

ExcavationRemblai

PrétraitementCanal à grille

Canal de dessablementJaugeur Parshall

Ouvrages hydrauliques : Conduites d'amenées

Conduite de refoulement Pompe d'exhaure

ÉtanchéitéEtanchéification par

géomembrane

ChlorationTank de stockage de chlore

ChlorinateurPompe

Balance hydrauliqueAccessoires

Frais du personnel

Divers

TOTAL GENERAL

ha

m3

m3

m3

---

---

m²

-----

50

152 878152 87876 439

010101

-0101

522 025

03010101-

750 000

6 833 647 1 146 585

1 865 112 3 821 950

50 000 10 000 25 000

15 000

40 601 000 2 551 000

37 800 000 250 000

36 541 75036 541 750

250 000 150 000 40 000 15 000 30 000 15 000

536 000

1 880 000

87 442 397

Conclusion

La réalisation de la station par lagunage naturel, ainsi que la conduite d’amenée des eaux usées et la conduite de refoulement des eaux traitées vers la laverie nécessitera un investissement qui s'élève à 88 millions de dirhams.

Conclusion


La station d’épuration par lagunage naturel de Khouribga, conçue à l’horizon 2010, va permettre à l’OCP la réutilisation des eaux usées de la ville pour le lavage des phosphates.Elle aura une superficie d'environ 50 ha et comportera deux bassins anaérobies, quatre bassins facultatifs, deux bassins de maturation en série et une station de désinfection par chloration. La réalisation de la station, ainsi que les conduites d’amenée et de refoulement vers la laverie nécessitera un montant qui s’élève à 88 millions de dirhams. La conception d'une telle station est sujette à des essais sur pilote pour valider les résultats escomptés et pouvoir statuer sur le degré d'épuration des rejets municipaux.

Il reste à signaler que tout projet de réalisation de station d’épuration au Maroc reste critiquable, vu la jeunesse de la pratique marocaine dans le domaine et l’absence de modèles standards de dimensionnement, seule l’expérience permet de visualiser le succès ou l’échec de la solution retenue. Il s’avère, donc, indispensable d’équiper toute station d’épuration d’un dispositif de suivi permettant d’en contrôler les performances et la régularité du fonctionnement dans le temps. Ainsi, serons-nous capable de constituer une véritable base de données propre au Maroc dans le domaine de l’épuration des eaux usées.


REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

" Diagnostic des STEP au Maroc " ONEP, 1993.

" Epuration des eaux usées par lagunage " Pr. Brahim LEKHLIF, EHTP 2003.

" Étude du Plan Directeur d’assainissement liquide de la ville de Khouribga" (SAFEGE-TEAM MAROC).

" Génie civil des bassins de lagunage naturel " FNDAE N°7.

" Mémento technique de l'eau " Ed. Dégrémont, 1989.

" Procédés extensifs d’épuration des eaux usées " Office International de l’Eau, 2001.

" Référence marocaines et recommandations pour la conception, la réalisation et l'exploitation du lagunage " CEREMHER, juin 94.

" Réutilisation des eaux usées au Maroc " Ministère de l’agriculture, du développement rural et des eaux et forets, mars 2002.

Site web: " http://www.carteleau.org " Office international de l'eau.

Site web: " http://www.menv.gouv.qc.ca " Ministère de l'environnement du Québec.

" Wastewater stabilization ponds, principles of planning and practice " OMS.

http://www.menv.gouv.qc.ca/

http://www.carteleau.org/


ANNEXE

I. Plans relatifs au projet

II. Tableaux des calculs détaillés de dimensionnement des lagunes

III. Tableaux des calculs détaillés de dimensionnement de la station pilote

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