Memoire Online - Synthèse de littérature sur l'utilisation de biosorbants pour l'épuration des effluents liquides chargés en polluants organiques et minéraux

Ce chapitre est consacré à l'étude comparative du rapport coût/dépollution des biosorbants et des CAC. Deux paramètres sont retenus en vue d'évaluer l'efficacité économique des matériaux : le coût d'une certaine quantité (1 kg) des deux matériaux et leur rendement vis-à- vis d'un même polluant. Le biosorbant retenu est la bagasse, en raison de sa grande disponibilité en Haïti.

Le Bureau des Mines et de l'Energie (BME) a estimé à 140 000 tonnes, la masse de bagasse produite par an, par les moulins et les distilleries qui n'en consomment que 15%. Le potentiel énergétique de la bagasse produite dans les distilleries en Haïti oscille entre 37 et 56 mille tonnes équivalent en pétrole (TEP).

Jusqu'à présent, aucun prix n'a été fixé sur la bagasse, en ce sens que le matériau n'a pas de valeur économique réelle dans le pays. D'ailleurs, la valorisation du matériau ne concerne que 19 % de la masse totale de bagasse produite en Haïti (15% pour les distilleries et 4% pour la production d'énergie). Ainsi, la première démarche de l'analyse consiste à fixer le prix du le matériau en fonction de sa valeur énergétique pour ensuite établir la comparaison avec les autres biosorbants et les CAC.

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1 TEP = 7.33 barils de pétrole, dont le prix est fixé à 476.45 $US, considérant le prix du baril à 65 $US. Ainsi le prix de la bagasse peut être évalué à 126 $US/tonne ou 0.126 $US/kg, environs 5 gourdes par kilo de bagasses. Cette valeur est déterminée selon les conditions extrêmes, avec :

- 140 milles tonnes de bagasse équivalent à 37000 TEP, le minimum déterminé par le BME,

- le baril de pétrole au prix de 65 $US, sachant que le prix du baril de pétrole a varié de

62 à 65 $US, sur le marché international, durant les six premiers mois de l'année 2007.

Ce prix obtenu pour la bagasse reste dans l'intervalle des valeurs économiques généralement estimées pour les biosorbants. En effet, le noix de coco est estimé à 0.25 $ US/kg (Kurniawan et al., 2005), les boues activées à 0.038 $US/kg (Gupta, 1998), les coques de cacahuètes 2 $US/kg (Brown et al., 2000). La valeur économique estimée pour la bagasse est alors, représentative de celle des sorbants « bon marché ». Par rapport à ce prix calculé, ce matériau peut tenir la compétition face au CAC, dont le prix du kg est évalué à 20 $US (Crini, 2005).

Lors de l'évaluation du coût d'un procédé d'adsorption, il est nécessaire de déterminer, en fonction de la capacité d'adsorption, du débit d'effluent et de la concentration à la fuite souhaitée, la quantité d'adsorbant requise pour respecter les objectifs du procédé (Henschel, 1998). Ensuite, les coûts annuels sont répartis entre l'amortissement de l'installation, l'entretien et la maintenance, la consommation énergétique, le remplacement, la décharge de l'adsorbant et la main d'oeuvre (Pignon, 2001). Cependant, dans la mesure où, l'étude de l'adsorption sur les biosorbants se situe à l'échelle de laboratoire, et que sa mise en oeuvre au niveau industriel reste à développer, seule une analyse sommaire de l'efficacité économique du biosorbant sera présentée ici.

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L'analyse est basée sur un cas particulier : le traitement des effluents d'une usine de peinture dont le débit est de 6000 litres d'eau par jour avec une charge en plomb de 1 670 ug/L. L'objectif du procédé est théoriquement l'élimination totale du plomb dans le rejet. La capacité de la bagasse stabilisée à fixer le plomb est de 0.055 mmol/g (Joseph et al., 2007) et celui du CAC en poudre de 0.13 mmol/g (An et al., 2001). On rappelle que la capacité d'adsorption du CAC en grains vis-à-vis du plomb n'est que de 0.08 mmol/g (An et al., 2001). Dans l'objectif d'une épuration totale du plomb, dans les 6000 litres d'effluents produits par jour par l'usine, on devrait enlever 10.02 g ou 94.15 mmol de plomb.

La quantité de bagasses nécessaire pour réaliser cette dépollution serait de :

Ainsi, pour aboutir à une rétention totale de la charge en plomb de l'effluent rejeté par l'usine on aurait besoin de deux fois plus de bagasse que de CAC en poudre.

Evaluons alors, le coût généré par ces deux matériaux respectivement. Seul le prix des matériaux sera pris en compte, car, comme il a été mentionné, les charges indirectes et variables des processus ne sont pas analysées au niveau de l'étude.

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Le tableau suivant (Tableau 14) illustre les différents rapports obtenus pour les matériaux. La capacité d'adsorption du CAC vis-à-vis du plomb, est aux environs de deux fois celle de la bagasse. Par conséquent la quantité de CAC nécessaire à la dépollution des 6000 litres d'effluents de peinture, est moindre que celle requise par la bagasse. Cependant, compte tenu du fait que le prix de la bagasse est de très loin inférieur au CAC, le coût généré par la dépollution du plomb sur la bagasse est de 62 fois inférieure au CAC.

Tableau 15 : Comparaison des performances épuratoires de la bagasse par rapport à celles du CAC en poudre

Caractéristiques de l'effluent : débit= 6000 l/ jour, charge en plomb= [94.15 mmol],
charge en plomb à la fuite = [0 mmol/l].

Sorbants	q, (mmol/g)	Qt (kg)		Ct ($US)
Bagasse (B)	0.055	1.72		0.23
CAC en poudre	0.13	0.72		14.5
Par rapport à q_m et à la quantité d'adsorbants nécessaire à la rétention du plomb, l'avantage est au CAC. Il fournit une efficacité de plus de 2 fois celle de la bagasse			Le coût de la quantité de CAC nécessaire à la dépollution est de 62.04 supérieur à celle de la bagasse.

Qt : quantité de sorbants nécessaire au traitement Ct : coût de la quantité de sorbants

Cette partie chiffre le rapport coût/dépollution obtenu pour la bagasse et le CAC en poudre. C'est-à-dire, elle met en évidence la capacité de dépollution d'un kilogramme de sorbants en rapport avec le coût généré (Tableau 16).

Rapport coût/ dépollution vis-à-vis du plomb, sur 1 kilo de sorbants respectivement

Sorbants	q, (mmol/g)	Qpb (mmol)	Ct ($US)	C/D ($/mmol)
Bagasse (B)	0.055	55	0.126	0.00229
CAC en poudre	0.13	130	20	0.153

Par rapport à q_m et à la quantité d'ions (Pb²⁺) fixée Le coût du kg de CAC équivaut 157.73 par 1 kg de sorbants respectivement, l'avantage est celle de la bagasse. Ainsi, le rapport au CAC. Il fournit une efficacité de plus de 2 fois coût dépollution obtenu pour le supérieure à celle de la bagasse. traitement est en faveur de la bagasse.

Qpb : quantité de polluants fixée par 1 kg de sorbants C/D : rapport Coût/Dépollution

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Ces résultats permettent de comprendre que même avec une capacité d'adsorption moindre que celle des CAC, les biosorbants arrivent à concurrencer ces derniers. En effet, à quantité égale (1 kg) le CAC peut fixer une quantité d'ions métalliques supérieure à la bagasse, cependant en termes de coût, l'avantage est à la bagasse, d'à peu près 159 fois moindre que celui du CAC. Par ailleurs, le rapport coût/dépollution obtenu est inadéquat pour le CAC par rapport à la bagasse. La bagasse retient un mmol de plomb à 0.003 $US, alors que le mmol de plomb retenu par le CAC est à 0.153 $US, plus de 51 fois.

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VIII Analyse de l'efficacité économique des matériaux