à‰valuation de la performance de la station d'épuration de Kossodo dans le traitement physicochimique de l'eau.

UNIVERSITE DE OUAGADOUGOU Unité de Formation et de Recherche en Science de la Vie et de la Terre (U.F.R/S.V.T)

****************

Département de Biochimie-Microbiologie

(DBM)

****************

CRSBAN

MEMOIRE

Présenté

Par

SAWADOGO Aïssama
Pour l'obtention du

Diplôme de Licence Professionnelle

Option : Management de la Qualité en Industrie Agroalimentaire

sur le thème :

DE KOSSODO DANS LE TRAITEMENT PHYSICOCHIMIQUE DE L'EAU

ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE DE LA STATION D'ÉPURATION

Soutenu le 08 Mai 2014 devant le jury :

Président du jury: Dr Aly SAVADOGO, Maître de Conférences, Université de Ouagadougou

Membres du jury : Dr Cheikna ZONGO, Maître Assistant, Université de Ouagadougou

Dr Marius K. SOMDA, Assistant, Université de Ouagadougou

Mr Francis D. KERE, Chef du Service Qualité Eau, ONEA/OUAGA

DÉDICACE

A

Mon père SAWADOGO Halidou

A

Ma mère BOENA Salamata

A

Toute la grande famille SAWADOGO ET BOENA

A

Tous ceux qui m'ont soutenu, encouragé, conseillé tout au

ii

long de cette quête toujours aussi nécessaire et difficile.

III

REMERCIEMENTS

Ce travail a été réalisé au laboratoire des eaux usées du Laboratoire Central de l'ONEA (LCO). Il est le fruit de la collaboration et de l'implication de plusieurs personnes à qui nous voudrions exprimer notre profonde reconnaissance.

Nous tenons à remercier particulièrement :

-Pr Alfred S. TRAORE, Professeur Titulaire de Biochimie-Microbiologie à l'Université de Ouagadougou, responsable pédagogique de la formation Doctorale en Biotechnologies, Président du Réseau Ouest Africain de Biotechnologies (RA-BIOTECH) et Directeur du Centre de Recherche en Sciences Biologiques, Alimentaires et Nutritionnelles (CRSBAN) pour nous avoir accueilli dans son centre et nous avoir offert l'opportunité de suivre cette formation professionnelle ;

-Pr Nicolas BARRO, Professeur titulaire de Biochimie-Microbiologie, Responsable de la filière Licence Professionnelle en Management de la Qualité dans les Industries Agroalimentaires (LP/MQIA) ;

-Dr Aly SAVADOGO, Maître de conférences au département de Biochimie-Microbiologie, pour sa disponibilité et l'honneur qu'il nous offre en acceptant présider ce jury ;

Qu'il trouve ici l'expression de nos sincères reconnaissances ;

-Dr Cheikna ZONGO, Maître assistant au Département de Biochimie-Microbiologie, directeur de ce mémoire, pour avoir accepté de superviser ce travail. Nous avons bénéficié de votre encadrement scientifique, de vos conseils et de votre constante disponibilité. Puissiez-vous trouver ici l'expression de nos sentiments de reconnaissance et de nos sincères remerciements ;

-Dr Marius K. SOMDA, Assistant au Département de Biochimie-Microbiologie, pour l'honneur qu'il nous fait en acceptant participer au jury et de juger la portée scientifique de ce document. Merci pour les conseils dont nous avons bénéficié au cours de ce travail ;

-Mr Francis D. KERE, chef du Service Qualité Eau de l'ONEA, pour avoir accepté nous accueillir dans son laboratoire et qui a bien voulu nous faire l'honneur de participer à ce jury et de contribuer à l'appréciation finale de ce travail ;

-A tous les enseignants du CRSBAN pour l'enseignement de qualité qu'ils ne cessent de dispenser ;

iv

Nous exprimons notre profonde gratitude à :

-Monsieur Ousmane OUEDRAOGO, chef de section microbiologie pour son engagement

et ses suggestions ;

-Monsieur Robert BOUDA, maître de stage, pour son encadrement sans faille durant tout

mon stage ;

-Monsieur Jean DIARRA, pour son encadrement technique ;

-Monsieur Marcel KANTAGBA, pour ses conseils, sa disponibilité et son soutien dès les

premiers instants de notre stage ;

A tout le personnel du Laboratoire Central l'ONEA, pour l'ambiance qui a régné tout au long

de notre stage.

A tous nos amis et à tous ceux de près ou de loin qui ont contribué à la réussite de ce travail.

V

SIGLES ET ABRÉVIATIONS

AFNOR : Association Française de Normalisation

BA : Bassin Anaérobie

BF : Bassin Facultatif

BM : Bassin de Maturation

CRSBAN : Centre de Recherche en Sciences Biologiques, Alimentaires et Nutritionnelles

DASS : Direction d'Assainissement

DBO5 : Demande Biochimique en Oxygène au bout de 5 jours

DCL : Direction de Clientèle

DCO : Demande Chimique en Oxygène

DEX : Direction d'Exploitation

DF : Direction Financière

DMOZ : Direction de Maîtrise d'Ouvrage de Ziga

DRB : Direction Régionale Bobo-Dioulasso

DRH : Direction des Ressources Humaines

DRO : Direction Régionale de Ouagadougou

DRNE : Direction Régionale du Nord-Est

DRNO : Direction Régionale du Nord-Ouest

EB: Eau Brute

ISO : International Standardisation Organisation

LCO : Laboratoire Central de l'ONEA

MES : Matières en suspension

NO3^-: Nitrates

OMS : Organisation Mondiale de la Santé

ONEA : Office National de l'Eau et de l'Assainissement

PEA : Poste d'Eau Autonome

PO4^3- : Orthophosphates

POS : Plan d'Orientation Stratégique

PSAO : Plan Stratégique d'Assainissement de la ville d'Ouagadougou

RA-BIOTECH : Réseau Ouest Africain de Biotechnologies

SONABEL : Société Nationale d'Electricité du Burkina

SQE : Service Qualité Eau

STEP : Station d'Epuration

vi

LISTE DES FIGURES

Figure 1: Organigramme du SQE ..5

Figure 2 : Schéma classique d'une coupe transversale d'un système classique de lagunage 6

Figure 3 : Schéma de fonctionnement de la station d'épuration 7

Figure 4: Schéma de fonctionnement d'une station d'épuration à lagunage aéré 9

Figure 5 : Mécanismes en jeu dans les bassins de lagunage naturel 12

Figure 6 : pH-mètres 18

Figure 7 : Oxymètre ....18

Figure 8 : DBOmètre . 20

Figure 9 : Spectrophotomètre 21

Figure 10 : Minéralisateur DCO ...21

Figure 11 : Centrifugeuse .22
Figure 12 : Variation moyenne mensuelle des eaux brutes et traitées de DCO dans le temps

. 26

Figure 13 : Variation moyenne mensuelle des rendements de DCO ...27
Figure 14: Variation moyenne mensuelle des eaux brutes et traitées de DBO5 dans le temps

..27

Figure 15 : Variation moyenne mensuelle des rendements de DBO5 28

Figure 16 : Variation moyenne mensuelle des eaux brutes et traitées des MES dans le temps

...29

Figure 17 : Variations moyenne mensuelle des rendements des MES 29

Figure 18: Variation moyenne mensuelle des eaux brutes et traitées de Nitrates dans le temps

30

Figure19 : Variations moyenne mensuelle des rendements des Nitrates .31
Figure 20: Variation moyenne mensuelle des eaux brutes et traitées de orthophosphates dans

le temps 31

Figure 21: Variations moyenne mensuelle des rendements des orthophosphates ..32

vii

LISTE DES TABLEAUX

TABLEAU I : Caractéristiques des bassins 6

TABLEAU II : Variation de la DCO dans le temps 24

TABLEAU III : Variation de la DBO5 dans le temps 24

TABLEAU IV : Variation des MES dans le temps 25

TABLEAU V : Performances de la STEP de Kossodo ..32

VIII

Table des matières

Dédiace ii

Remerciements iii

Sigles et abréviations v

Liste des figures vi

Liste des tableaux vii

Résumé x

Introduction generale 1

Chapitre 1: Revue bibliographique ...2

I .Le cadre de l'étude 2

1. La présentation de la structure d'accueil1 2

1.1. L'organisation de l'ONEA 2

1.2. Les missions de L'ONEA 3

1.3. L'ouvrages d'assainissement 3

2. L'organisation et fonctionnement du laboratoire central de l'ONEA (LCO) 4

II. La station d'épuration de Kossodo 5

1. La situation géographique 5

2. Le fonctionnement des bassins 6

III. L'épuration des eaux usées par le procédé de lagunage 8

1. L'état des lieux en Afrique de l'ouest 8

2. Le lagunage aéré 8

3. Le lagunage à macrophytes 9

4. Le lagunage à microphytes 10

IV. Les caractéristiques des eaux usées 13

1. Les paramètres physico-chimiques des bassins de lagunage 13

2. Les paramètres de pollution 14

2.1. La Demande Biochimique en Oxygène (DBO5) 14

2.2. La Demande Chimique en Oxygène (DCO) 15

2.3. Les Matières en Suspension (MES) 15

2.4. L'azote dans les eaux 16

2.5. Le Phosphore dans les eaux 16

Chapitre 2 : matériel et méthodes 17

I. L'échantillonnage 17

1. Le site de prélèvement 17

2. La technique d'échantillonnage 17

ix

3. Le transport et conservation des échantillons 17

II. Les analyses physicochimiques des performances épuratoires 17

1. La mesure des paramètres physico-chimiques 17

1.1. Le potentiel d'hydrogène (pH) 17

1.2. L'oxygène dissous (O2) 18

1.3. La température 18

2. La détermination de la pollution carbonée 19

2.1. La mesure de la demande biochimique en oxygène 19

2.2. La mesure de la demande chimique en oxygène 20

2.3. La mesure des matières en suspension 21

3. Les nitrates (NO3 -) 22

4. Les orthophosphates (PO4^3-) 23

Chapitre 3: résultats et discussion 24

1. Les caractéristiques de l'effluent brut 24

2. Les rendements épuratoires 25

2.1. L'élimination de la charge organique 25

2.1.1. La demande chimique en oxygène 25

2.1.2. La demande biochimique en oxygène 27

2.1.3. Les matières en suspensions 28

2.2. L'élimination des nutriments 30

2.2.1. L'élimination de NO3^- 30

2.2.2. L'élimination des orthophosphates (PO4^3-) 31

3. L'évaluation de l'efficacité du traitement 32

Conclusion et recommandations 33

References bibliographiques 34

Annexe 1 : 36

RÉSUMÉ

Le Burkina Faso, comme les autres pays de la sous-région, connaissent des problèmes liés à la gestion des eaux usées domestiques et industrielles. Leurs villes se sont construites sans véritable plan d'assainissement. Ainsi, pour remédier ces problèmes, une station d'épuration des eaux usées a été construite à Kossodo dont un suivi de ces paramètres révèle nécessaire.

La présente étude a pour objectif d'évaluer l'état actuel de fonctionnement de la station de lagunage et dégager pour le futur, les perspectives de gestion du système.

Pour l'atteinte de cet objectif, nous avons effectué des prélèvements à l'entrée et à la sortie de la station et procéder par la méthode de spectrophotométrie pour déterminer les paramètres épuratoires.

Ainsi les taux d'abattement des paramètres de pollution obtenus atteignent 92,64% pour la DBO5, 70,73% pour la DCO et 47,78% pour les MES ; ces abattements sont bonne dans l'ensemble. Un suivi rigoureux des paramètres pourrait améliorer davantage la performance épuratoire de la station d'épuration de Kossodo d'une part et d'autre part assurer un cadre sain et durable pour la population et surtout les maraichers dans la réutilisation.

X

Mots clés : Eaux usées, Performances épuratoires, Gestion, ONEA, Ouagadougou.

1

INTRODUCTION GENERALE

Les pays subsahariens, et singulièrement ceux de la région soudano-sahélienne vivent avec acuité le problème de l'assainissement en général et des eaux usées en particulier (Kiemdé, 2006).

Cet état de fait a entre autres pour causes, la précarité du régime climatique de la région, la démographie galopante dont le taux de croissance est relativement élevé. Au Burkina Faso, la prise de conscience des enjeux de l'assainissement a débouché sur la mise en place de structures chargées d'intégrer ces questions dans les stratégies du développement durable. Cependant, le Plan Stratégique d'Assainissement de la ville de Ouagadougou (PSAO) a été initié. Cette initiative dans sa composante « Assainissement collectif » permet d'opérer la jonction entre les travaux des stations d'expérimentation et de recherche, menés à petite échelle et la gestion d'une réalisation à grande échelle.

En outre les conditions naturelles difficiles et la croissance démographique incontrôlée, reposent ainsi avec acuité la problématique du développement humain, particulièrement dans le contexte du milieu urbain :

accessibilité à l'eau potable ;

accessibilité à des systèmes d'assainissement ;

accessibilité à des revenus justes et équitables.

L'épuration des eaux usées de la ville de Ouagadougou par lagunage à grande échelle, intéresse à divers niveaux tous les partenaires impliqués dans les questions d'assainissement : scientifiques, bailleurs de fonds, institutions politiques, exploitants du système, et mêmes les pays de la sous région intéressés par cette initiative.

C'est dans ce cadre que s'inscrit notre travail dont le thème s'intitule : « évaluation de la performance de la station d'épuration de Kossodo dans le traitement physicochimique de l'eau ».

L'objectif global de l'étude est d'évaluer l'état actuel de fonctionnement de la station de lagunage et dégager pour le futur, des perspectives de gestion du système. A cet effet, les objectifs spécifiques suivants ont été définis :

évaluer les paramètres indicateurs de polluants dans l'eau à l'entrée de la station ;

évaluer les paramètres indicateurs de polluants dans l'eau à la sortie de la station ;

comparer leurs valeurs aux normes de l'OMS applicables au Burkina Faso.

2

REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

I .Le cadre de l'étude

1. La présentation de la structure d'accueil1

1.1. L'organisation de l'ONEA

Société d'Etat, l'ONEA est placé sous la tutelle conjointe de trois ministères :

-la tutelle technique du ministère de l'eau de l'aménagement hydraulique et de l'assainissement ;

-la tutelle financière du ministère des finances et du budget ;

-la tutelle de gestion du ministère du commerce, de la promotion de l'entreprise et de

l'artisanat.

L'ONEA est administré par un conseil d'administration qui est obligatoirement saisi de

toutes les questions d'importance pouvant influencer la marche générale de la société. Parmi

les administrateurs on peut citer le ministère de l'environnement et du développement

durable.

Actuellement, l'ONEA gère 46 centres dotés d'un système d'approvisionnement en eau

potable et un centre équipé de Poste d'Eau Autonome (PEA). Ces centres sont répartis dans

quatre directions régionales :

-La Direction Régionale de Ouagadougou (DRO) ;

-Le Direction Régionale de Bobo-Dioulasso (DRB) ;

-Le Direction Régionale du Nord-Ouest (DRNO) ;

-la Direction Régionale du Nord-Est (DRNE).

Les quatre directions sont coiffées par la direction de l'exploitation qui est l'une des six

directions centrales. Les autres directions centrales sont :

-la Direction de l'Assainissement (DASS) ;

-la Direction clientèle (DCL) ;

-la Direction de l'Exploitation (DEX) ;

-la Direction Financière (DF) ;

-la Direction des Ressources Humaines (DRH) ;

-la Direction de Maitrise d'Ouvrage de Ziga (DMOZ) qui assure la mise en oeuvre du projet

de renforcement de l'approvisionnement en eau potable de Ouagadougou par le barrage de

Ziga.

L'ONEA assure la production et la distribution de l'eau potable selon 3 étapes :

-l'exhaure de l'eau à partir des ressources en eau souterraine et de surface (une source Bobo-

Dioulasso) ;

3

-le traitement de l'eau dans les stations de traitement en chaine complète (floculation, décantation, filtration, désinfection) ;

-la distribution par des conduites d'adduction.

Ces trois étapes sont possibles grâce aux équipements de pompage, aux sources d'énergie (SONABEL et groupes électrogènes) et aux ouvrages de stockage et châteaux d'eaux. Dans le domaine de l'assainissement, l'ONEA s'attelle à la mise en oeuvre des plans stratégiques des villes de Ouagadougou et de Bobo-Dioulasso dans ses volets d'assainissement autonome (latrines, bacs à laver et douches raccordés aux puisards), l'assainissement scolaire (latrines et urinoirs) et l'assainissement collectif. C'est donc dans le cadre de l'assainissement collectif que l'ONEA a mis en place à Ouagadougou un réseau d'égout débouchant sur une station d'épuration au secteur 26 plus précisément dans le village de Kossodo-Nabisso. La station est fonctionnelle depuis le 19 Janvier 2004.

1.2. Les missions de L'ONEA

L'Office National de l'Eau et de l'Assainissement (ONEA) a pour mission, la création, la gestion et la production des installations de captage, d'adduction et de traitement. Il oeuvre dans la distribution d'eau potable pour les besoins urbains et industriels. L'ONEA travaille aussi à promouvoir et à améliorer la gestion des installations d'assainissement collectif et individuel (latrines améliorées, etc.)

1.3. L'ouvrages d'assainissement

Les principaux ouvrages d'assainissement des eaux usées domestiques peuvent être regroupés en deux grandes classes : les ouvrages individuels et les ouvrages collectifs. + Les ouvrages individuels

Dans cette classe on retrouve :

-les latrines traditionnelles utilisées à Ouagadougou par environ 57 % des ménages (ONEA) ; -les latrines à fosses fixes ou étanche utilisées par 24% des ménages (ONEA) ;

-les WC (Water Close) modernes à chasse raccordée « toutes eaux » qui sont utilisés dans 13% des ménages (ONEA).

+ Les ouvrages collectifs

Les infrastructures d'assainissement collectif sont peu développées. L'assainissement individuel reste dominant. Jusqu'en Décembre 2010, un seul réseau d'égouts long de 4 km desservait essentiellement la zone industrielle de Kossodo (brasserie) et une partie du centre ville (BCEAO et marché central).

4

2. L'organisation et fonctionnement du laboratoire central de l'ONEA (LCO)

Le laboratoire central de l'ONEA est doté d'un personnel compétent et formé aux techniques d'analyses de la qualité de l'eau. Il a pour rôle de contrôler la potabilité des eaux de boisson, la qualité des eaux de surface, de puits et de forage et enfin contrôler la qualité des eaux usées et épurées avant leurs rejets ou réutilisation.

Celui-ci est subdivisé en cinq sections :

-la section de chimie générale : dans cette section, seules les analyses physicochimiques y sont faites. Il s'agit entre autre la mesure du pH, la conductivité, le taux d'alcalinité complète (TAC), de la dureté totale, le carbone agressif etc ;

-la section de chimie organique : les analyses de cette section se focalisent sur la détermination des pesticides présents dans les eaux de boissons par la chromatographie en phase gazeuse (CPG) ;

-la section de métaux lourds : s'occupe de la recherche des métaux tels que l'Arsenic, le Plomb, le Fluor, l'Aluminium etc ;

-la section de microbiologie : dans cette section on recherche les germes totaux en général et plus spécifiquement les indicateurs de contamination fécale (coliformes thermotolérants et les streptocoques fécaux) ;

-la section des eaux usées : cette section s'occupe exclusivement des analyses des eaux usées. Les principales analyses effectuées sont : la détermination de la DCO, la DBO5, les MES, les Nitrates, Phosphores etc.

Ces différentes sections sont bien détaillées dans la figure n° 1.

Directeur de
l'exploitation

Chef de Service Qualité de l'Eau

Agents d'appui : - Agent de Saisie Laboratoire - Chauffeur - Manoeuvre de Laboratoire

Chef de Section

Chimie Organique
Microbiologie

Chef de section Chimie Générale- Métaux Lourds-Eaux Usées

5

Agents
Qualité Eau

du Laboratoire de Microbiolo gie

Agent Qualité Eau du Laboratoire de Chimie Organique

Agents Qualité Eau du Laboratoire de Chimie Générale

Agents Qualité Eau du Laboratoire de Métaux Lourds

Agent Qualité Eau du Laboratoire des Eaux Usées

Figure n° 1 : Organigramme du Service Qualité Eau (SQE)

II. La station d'épuration de Kossodo

1. La situation géographique

La station d'épuration (STEP) des eaux usées de la ville de Ouagadougou est située à Kossodo à la périphérie de la zone industrielle au nord-est de la ville (Annexe 3). Elle a été construite dans le cadre du Plan Stratégique d'Assainissement de la ville de Ouagadougou (PSAO) financé par l'Agence Française pour le Développement (AFD) et la Banque Mondiale. Elle est destinée à l'assainissement collectif des eaux usées domestiques et industrielles de la ville de Ouagadougou. Les eaux épurées sont destinées à être réutilisées en agriculture urbaine.

6

2. Le fonctionnement des bassins

La station d'épuration de Ouagadougou, en fonctionnement depuis 2004, est une station de lagunage naturel avec 08 bassins comme l'illustre la figure 4. Les effluents arrivent par un réseau alternant écoulement gravitaire et stations de refoulement (3 au total).

Figure n°2 : Schéma classique d'une coupe transversale d'un système classique de lagunage (Source : http// www.univ-lehavre.fr/cybernat/pages/lagunat)

Les trois premiers bassins, en parallèles, sont construits de manière à recevoir une lame d'eau de 4 m et permettent une dégradation de la matière par voie anaérobie.

Ils sont ensuite reliés à 2 bassins en parallèles, appelés bassins facultatifs, qui permettent une dégradation de la matière par voie aérobie et anaérobie (1,80 m de lame d'eau). Enfin, trois derniers bassins sont en série et dégradent la matière de façon aérobie. Une goutte d'eau arrivant dans la station y restera ainsi un mois avant d'en sortir. Les eaux ainsi traitées sont rejetées dans un affluent de la Volta. Il a été aussi prévu qu'elles soient réutilisées pour l'irrigation des champs avoisinants (Gorse F, 2008).

En plus de ces bassins on a un laboratoire, 2 bâtiments administratifs et enfin des latrines pour éviter d'éventuelles pollutions d'origine fécale au sein du site.

Tableau I : Caractéristiques des bassins

Désignation	BA	BF	BM1	BM2		BM3	Profondeur (m)
4	1,8	1,20	1,20	1,20		Surface (m^2)
0,37	3	1,47	0,37	0,37		Volume (m^3)
18500	54000	29400	7400	7400		Temps de séjour (j)
3	16	6	3	3

Source : Loue, 2005

7

L'ensemble des bassins est prévu pour fonctionner en deux filières parallèles.

Bassins anaérobies (figure 5)

Au nombre de trois (03), ces bassins doivent permettre un fonctionnement normal même lors du curage des bassins qui est fait en théorie tous les deux (02) ans.

Le BA1 déverse toujours dans le BF1, le BA3 déverse toujours dans le BF2, le BA2 est prévu pour déverser soit dans le BF1, soit dans le BF2. De ce fait, les BA ne sont pas équipés de bypass.

Bassins facultatifs (figure 5)

Ces bassins au nombre de deux (02) fonctionnent en parallèles. Lors des vidanges qui sont prévues tous les dix (10) ans en moyenne, l'ensemble des influents est prévu pour transiter dans un seul BF.

Les sorties de ces deux bassins sont en série, assurant ainsi le passage de la totalité des effluents en tête du BM1.

Bassins de maturation (figure 5)

Ces bassins au nombre de trois (03), sont en série, avec chacun un by-pass en tête de bassin, permettant de mettre hors circuit l'un ou l'autre des bassins.

Sur l'ensemble des huit bassins, seul le bassin facultatif 1(matérialisé en noir au niveau du schéma ci-dessous) n'est pas fonctionnel compte tenu du niveau de charges hydrauliques actuelles.

Figure n°3: Schéma de fonctionnement de la station d'épuration de Kossodo

ENTREE

ANAEROBIE 3

ANAEROBIE 2

ANAEROBIE 1

FACULTATIF1

FACULTATIF2

MATURATION1

MATURATION 2

MATURATION 3

Source : ONEA, 2004

SORTIE

8

III. L'épuration des eaux usées par le procédé de lagunage

1. L'état des lieux en Afrique de l'ouest

Le lagunage a été introduit en Afrique de l'Ouest depuis 30 ans avec l'aide des agences françaises et suisses de coopération et d'aide au développement. Plusieurs pays tels que le Sénégal en 1976, le Burkina Faso et la Cote d'Ivoire ont eu l'occasion de le tester entre 1985 et 1989 (Koné, 2002).

C'est à partir de l'observation de l'écosystème des étangs qu'est né le principe du lagunage. La technique est basée sur des phénomènes d'autoépuration naturelle dans les mares et les étangs. Ces phénomènes sont basés sur des facteurs physiques (rayonnement solaire, température, sédimentation etc) et biologiques (prédation, parasitisme, antagonismes, compétition etc). Le principe de fonctionnement s'inspire donc de celui des écosystèmes rencontrés dans les zones humides naturelles (Radoux ,1989). Il présente certains avantages (simplicité et économie de fonctionnement, adaptation aux variations de charge, efficacité de désinfection, production de boue réduite). Les eaux usées pouvant être traitées par lagunage sont les eaux usées urbaines et industrielles des industries agroalimentaires (abattoirs, laiteries, sucreries, distilleries, conserveries etc).

2. Le lagunage aéré

Dans ce système l'oxygène est apporté mécaniquement par un aérateur de surface ou une insufflation d'air. Ce principe ne se différencie des boues activées que par l'absence de système de recyclage des boues. En situation de sous charge importante, la nitrification peut être complète avec une dénitrification partielle. Dans la partie d'aération, les eaux à traiter sont en présence de micro-organismes qui vont consommer et assimiler les nutriments constitués par la pollution à éliminer.

Dans la partie de décantation, les matières en suspension que sont les amas de microorganismes et de particules piégées, décantent pour former les boues.

D'après (Deronzier et al., 2001), ce système est composé principalement de deux bassins dont la population bactérienne se présente comme suit :

une densité de bactéries faible et à un temps de traitement important pour obtenir le niveau de qualité requis ;

une floculation peu importante des bactéries, ce qui contraint à la mise en place d'une lagune de décantation largement dimensionnée.

Eau brute

Lagune aéré

Lagune de décantation

Eau traitée

9

Figure n°4 : Schéma de fonctionnement d'une station d'épuration à lagunage aéré (Source : Deronzier et al., 2001)

Le lagunage aéré est très sensible aux variations climatiques et le taux d'élimination de l'azote et du phosphore reste limité à l'assimilation bactérienne de l'ordre de 25 à 30% (Satin et Selmi, 1999). Le niveau de qualité de l'effluent est bon au niveau de la charge organique avec plus de 80 % d'abattement, la filière se prête aisément à l'apport complémentaire d'adjuvants physico-chimiques en vue d'éliminer les orthophosphates.

3. Le lagunage à macrophytes

Le procédé utilise des végétaux supérieurs, flottants ou fixés. Ces végétaux encore appelés macrophytes servent de supports à d'autres microorganismes intervenant dans l'épuration. Les performances intrinsèques des bassins à macrophytes en Afrique sont très peu étudiées et la laitue d'eau demeure la plante la plus utilisée dans les bassins d'épuration (Charbonnel et Simo, 1986 ; Koné, 2002). Le lagunage à macrophytes est effectué dans des bassins en séries où les plantes cultivées couvrent les bassins et maintiennent les conditions anaérobies de dégradation de la matière organique. Les racines des plantes fournissent l'oxygène au milieu et servent de pièges aux boues qui remontent en surface. Le lagunage à macrophytes est généralement utilisé en vue d'améliorer le traitement sur les paramètres DBO5 ou MES ou de l'affiner les nutriments, les métaux etc. (Déronzier, 2001).

10

4. Le lagunage à microphytes

Dans le lagunage à microphytes également nommé le lagunage naturel, l'épuration est assurée par un temps de séjour prolongé dans plusieurs bassins étanches disposés en série. Le nombre de bassins est généralement de trois (03) (Piétrasanta et Bondon, 1994). Cependant, utiliser une configuration avec quatre, voire six bassins permet d'avoir un meilleur abattement bactérien. L'un des mécanismes sur lequel repose le lagunage à microphytes est la photosynthèse. La tranche d'eau supérieure des bassins est exposée à la lumière. Ceci permet le développement d'algues qui produisent l'oxygène nécessaire au développement et au maintien des bactéries aérobies. Ces bactéries sont responsables de la dégradation des matières organiques. Le gaz carbonique produit par les bactéries ainsi que les sels minéraux permettent aux algues de se multiplier. Il y a ainsi prolifération des deux populations interdépendantes : les bactéries et les algues planctoniques, également dénommées « microphytes ».

Dans le fond du bassin où la lumière ne pénètre pas, ce sont des bactéries anaérobies qui dégradent la matière organique issue de la décantation. Un dégagement de gaz carbonique et de méthane se produit à ce niveau (Perera et Baudot, 2001). Une station de lagunage à microphytes est constituée de plusieurs combinaisons possibles. La plus commune est cependant la disposition de trois types de bassins (anaérobie, facultatif, maturation) (Piétrasanta et Bondon, 1994). Les eaux usées qui arrivent à la station subissent un prétraitement physique par dégrillage, déshuilage et dessablage pour éliminer les matières solides grossières, les graisses et le sable selon l'origine des eaux à traiter.

Le bassin anaérobie (BA)

Le bassin anaérobie se caractérise principalement par sa très faible concentration en oxygène dissous. Cette anaérobiose s'explique par la profondeur de ce bassin (2-5m) et la forte charge organique associée à une activité microbienne importante consommatrice d'oxygène (Drapeau et Jankovic, 1977). Les algues y sont généralement absentes. Lorsqu'elles sont présentes, leur développement se limite à la surface. Le bassin anaérobie assure une première phase de l'épuration, qui consiste principalement à l'élimination de la matière organique biodégradable représentée par la demande biochimique en oxygène (DBO). La charge admissible dans ce bassin est supérieure à 100g de DBO5/m³/j pour une profondeur de 03 m. La DBO5 est la demande biochimique en oxygène en 5 jours. La dégradation de la matière organique se déroule en trois phases :

11

-Une phase de dépolymérisation et d'acidogenèse, dans laquelle les macromolécules sont initialement hydrolysées par les microorganismes (Pseudomonas, Cytophaga, Flavobacterium, Acaligenes) en acide gras, carbohydrates, acides aminés. Ces produits de dégradation sont ensuite utilisés comme substrats par les bactéries acidogènes (Clostridium, Bacteroides, Peptostreptococcus, Peptococcus, Eubacterium, lactobacillus) qui les transforment en acide gras volatils.

-Une phase d'acetogenèse dans laquelle les bactéries acetogènes (Syntrophomonas, Syntrophobacter, Acetobacter) oxydent les acides gras volatiles en acétate, en dioxyde de carbone (CO2) et en hydrogène moléculaire (H2).

- Une phase de méthanogenèse assurée par les bactéries méthanogènes (Methanothryx, Methanosarcina, Methanobrevibacter, Methanobacterium) qui métabolisent les produits de la phase acetogenèse en méthane et sulfure d'hydrogène.

La réduction des matières organiques (pollution carbonée) varie entre 40% et 60% dans une gamme de température comprise entre 10°C et 20°C (Mara et Pearson, 1998) et pour un temps de séjour court de 1 à 2,5 jours. Ce temps de séjour ne permet pas une bonne élimination des microorganismes pathogènes.

Le bassin facultatif (BF)

Il est divisé verticalement en trois zones comme l'indique la figure n°3 : une zone aérobie, une zone anaérobie facultative et une zone anaérobie. Les mécanismes entrant en jeu dans ce type de bassin sont les suivants :

-dans la zone aérobie, grâce aux sels nutritifs, au soleil et au gaz carbonique, les algues microscopiques se développent et produisent de l'oxygène nécessaire aux bactéries aérobies pour dégrader les matières organiques ;

-dans la zone anaérobie facultative, les bactéries anaérobies facultatives dégradent également les matières organiques ;

-dans la zone anaérobie, les matières organiques sont minéralisées en méthane et en hydrogène. Dans le cas d'une eau d'origine domestique, environ 90 à 95% des matières biodégradables exprimées en DBO5, s'échappe sous forme de gaz (Satin et Selmi, 1999).

Ce type de bassin est profond de 1,5 à 2 m et la réduction de la matière organique est de l'ordre de 60 à 80% avec un temps de séjour de 5 à 10 jours.

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Figure n°5: Les mécanismes en jeu dans les bassins de lagunage naturel (Perera et

Baudot, 2001)

Le bassin de maturation (BM)

Le rôle principal de ce bassin est d'affiner l'épuration en éliminant en grande partie la pollution bactérienne notamment les pathogènes d'intérêt sanitaire. Ce processus épuratoire est régi par un ensemble de facteurs dont les principaux sont les rayons ultra violets, la température, l'insuffisance du substrat carboné, le temps de séjour élevé et la prédation (BCEOM, 1990). Ce bassin faiblement chargé en matière organique est profond de 1 à 1,5 m. Le volume de liquide est entièrement aérobie et les microorganismes qui s'y développent sont essentiellement aérobies ou anaérobies facultatives. Ils utilisent l'oxygène fourni par la photosynthèse réalisée par les algues pour se développer et les approvisionnent en sels nutritifs issus de leur métabolisme. La concentration de l'oxygène augmente dans la journée avec l'activité photosynthétique et le pH augmente avec la consommation du CO2 par les algues. Dans la nuit, la concentration de l'oxygène diminue du fait de la respiration des bactéries aérobies et de l'absence de photosynthèse tandis que le pH diminue avec la production du CO2 résultant du métabolisme des bactéries. Le phytoplancton consomme également de l'oxygène et rejette du gaz carbonique la nuit. Le temps de séjour est de l'ordre de 12 à 30 jours avec un rendement épuratoire de plus de 80% pour la pollution bactérienne

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exprimée en coliformes thermotolérants. Dans ce bassin apparait le zooplancton qui se nourrit de bactéries ainsi que des matières organiques.

L'eau ainsi épurée est rejetée dans les cours d'eaux ou réutilisée en agriculture après analyses. IV. Les caractéristiques des eaux usées

1. Les paramètres physico-chimiques des bassins de lagunage

Température

La température influence la cinétique des réactions. En effet, l'activité biologique du milieu est d'autant plus élevée que la température augmente. Une température très élevée conduit à l'épuisement de l'oxygène dissout par abaissement de la valeur de saturation tout en modifiant l'équilibre biologique du système. Pour le maintien d'une bonne activité épuratoire, les limites inférieures et supérieures de la température sont respectivement de 10°C et 30°C (Guerrin, 1981).

Potentiel d'hydrogène (pH)

Le pH est l'un des paramètres les plus importants de la qualité de l'eau. Il mesure la concentration en ions hydronium H3O⁺ de l'eau et traduit la balance entre acide et base sur une échelle de 0 à 14. Le pH de neutralité est 7.

Ce paramètre caractérise un grand nombre d'équilibre, physico-chimique, et dépend de facteurs multiples, dont l'origine de l'eau.

Le pH des eaux usées domestiques est généralement voisin de la neutralité (compris entre 6,7 à 7, 2) (Guerrin, 1981). Il doit être étroitement surveillé au cours de toutes les opérations de traitement. L'épuration biologique se trouve fortement perturbé pour un pH < 4,5 ou > 8. Les variations du pH sont en relation avec l'activité photosynthétique dont la réaction est la suivante: (CO3H) ₂ Ca ? CaCO3 + H2O + CO2

La consommation de CO2 par la réaction de la photosynthèse tend à déplacer l'équilibre carbonique dans le sens de sa production et donc à élever le pH. Ainsi, un pH bas pourrait être l'indice d'une faible productivité : soit par absence, soit par excès d'algues.

Conductivité

La conductivité mesure la capacité de l'eau à conduire le courant entre deux électrodes. La plupart des matières dissoutes dans l'eau se trouvent sous forme d'ions chargés électriquement (en cations on a par exemple Ca²⁺, Mg ²⁺, K⁺, Na⁺ etc et en anions SO4^2-, Cl^-, HCO^3-, PO4^3-, NO3^- etc). La mesure de la conductivité permet donc d'apprécier la quantité de sels dissous dans l'eau. La conductivité est également fonction de la température de l'eau : elle est plus importante lorsque la température augmente. Elle est exprimée en microsiemens par

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centimètre (uS/cm) et est ramenée à une température de 20 à 25°C. Comme la température, des variations de conductivité permet de mettre en évidence des pollutions, des zones de mélanges ou d'infiltration. La conductivité est également l'un des moyens de valider les analyses physico-chimiques de l'eau.

Oxygène dissous (O2)

L'eau absorbe autant d'oxygène que nécessaire pour que les pressions partielles d'oxygène dans le liquide et dans l'air soient en équilibre. La solubilité de l'oxygène dans l'eau est fonction de la pression atmosphérique (donc de l'altitude), de la température et de la minéralisation de l'eau : la saturation en O2 diminue lorsque la température et l'altitude augmentent. La variation de la teneur en oxygène peut être également fonction de la présence des végétaux, des matières organiques oxydables, des organismes et des germes aérobies ainsi que de la perturbation des échanges atmosphériques à l'interface eau-air.

La concentration en oxygène dissous est un paramètre essentiel dans le maintien de la vie, et donc dans les phénomènes de dégradation de la matière organique et de la photosynthèse. C'est un paramètre utilisé essentiellement pour les eaux de surface. Au niveau de la mer à 20°C, la concentration en oxygène en équilibre avec la pression atmosphérique est de 8,8 mg/L d'O2 à saturation. Une eau très aérée est généralement sursaturée en oxygène (torrent), alors qu'une eau chargée en matières organiques dégradables par des microorganismes est sous-saturée.

L'oxygène dissous est un paramètre utile dans le diagnostique biologique du milieu eau. La dissolution de l'oxygène dans l'eau est le résultat de deux phénomènes principaux : l'échange gazeux à l'interface eau-air favorisé par l'action du vent et l'agitation de surface ; l'activité photosynthétique du plancton.

2. Les paramètres de pollution

2.1. La Demande Biochimique en Oxygène (DBO5)

La Demande Biochimique (ou Biologique) en Oxygène (DBO), représente la quantité d'oxygène qui est utilisée par les microorganismes aérobies pour la dégradation de la matière organique biodégradable. La DBO5 permet d'évaluer le contenu en matières organiques biodégradables d'une eau. Elle constitue donc une mesure indirecte du degré de pollution d'une eau, par la matière organique. Le contenu des matières organiques d'une eau est le plus souvent évalué au bout de 5 jours (DBO en 5 jours d'où le terme DBO5) pour deux raisons principales : (i) la dégradation complète des matières organiques peut être relativement longue (plusieurs semaines) ; (ii) l'oxydation des dérivés ammoniacaux et des nitrites en nitrates

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(nitrification), absorbe aussi de l'oxygène. Mais cette nitrification ne débute qu'au bout de 10 jours. L'adjonction de 1-allyl-2-thiourée _(C4H8N2S) permet d'inhiber la nitrification ; ce qui permet de mesurer la _DBO21 qui correspond à la dégradation complète de la matière organique biodégradable en 21 jours. La détermination de la DBO5 (mg O2/L) s'effectue par plusieurs méthodes :

y' méthode de dilution : mesure de l'oxygène dissous au début et à la fin de l'essai ;

y' méthode manométrique au mercure (lecture directe) ;

y' méthode OxyTop qui est un système électronique de mesure (principe de mesure manométrique avec capteur de pression).

Les tests sont réalisés dans des flacons standards de 300 mL, à l'obscurité et à 20°C pendant 5 jours en présence de microorganismes. La consommation d'oxygène permet l'oxydation des matières organiques par les microorganismes. L'oxydation des matières organiques provoque la formation de CO2 qui est piégé par le KOH. Ces tests doivent impérativement se dérouler à l'obscurité, pour prévenir toute production d'oxygène à travers la photosynthèse en cas de présence d'algues ou de bactéries photosynthétiques dans l'échantillon.

2.2. La Demande Chimique en Oxygène (DCO)

La DCO exprime la quantité d'oxygène dissous nécessaire pour oxyder par voie chimique, sans intervention d'êtres vivants, toutes les substances oxydables contenues dans un effluent (sels minéraux oxydables, composés organiques biodégradables ou non, etc.) Elle est exprimée en mg O2/L. La demande chimique en oxygène est un critère de pollution organique. La mesure de la DCO est obtenue par oxydation chimique en milieu acide, l'acide sulfurique (H2SO4) et le dichromate de potassium _(K2Cr2O7) sont utilisés comme oxydants. Ce dernier a la propriété de passer du jaune à l'état oxydé au vert à l'état réduit. On effectue des dilutions avant ajout de tout réactif pour des échantillons dont la DCO est susceptible de dépasser 900 mg/L.

2.3. Les Matières en Suspension (MES)

Ce sont les matières solides contenues dans les eaux usées et qui sont séparables par filtration ou par centrifugation. Elles sont exprimées en poids de matières sèches. Les MES comportent des matières organiques et minérales. Elles constituent un paramètre important qui marque bien le degré de pollution d'un effluent. La mesure des MES repose sur le principe suivant : à l'aide d'un équipement de filtration sous pression (pompe), un volume d'échantillon est filtré sur un filtre préalablement pesé. Le filtre est ensuite séché à l'étuve à une température de 105°C pendant 1heure 30 minutes. La masse du résidu retenu sur le filtre est déterminée par

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pesée : c'est la différence entre la masse à vide du filtre et sa masse après séchage. De même, la mesure des MES peut être réalisée également par la méthode centrifugation.

2.4. L'azote dans les eaux

L'Azote se trouve dans la nature sous plusieurs formes (Rodier, 1996) :

-N2 : Azote moléculaire sous forme gazeuse dans l'atmosphère (78 % de l'air) ;

-N : Azote organique dans les composés organiques (acides aminés, protéine etc) ;

-NH3 : Azote ammoniacal forme réduite soluble ;

-NO3^- et NO2 - : l'azote nitrate et nitrique, forme oxydées respectivement stable et instable. L'azote est le composé intermédiaire de la transformation de l'ammoniaque en nitrates. L'azote des eaux usées domestiques provient des déjections humaines (urée) et de la consommation ménagère des produits azotés (protéines).

Cet azote organique est transformé en ammoniaque (NH4 +) qui est oxydé en nitrate (NO3 -). Les nitrates sont ensuite réduits en azote moléculaire.

2.5. Le Phosphore dans les eaux

Dans les eaux, le phosphore est présent sous forme de phosphore organique et d'ions phosphates ou orthophosphates (PO4^3-). Le dosage des orthophosphates s'effectue par la méthode colorimétrique au molybdovanadate. Pour évaluer le phosphore total d'un échantillon, il faut d'abord procéder à une minéralisation du phosphore organique en orthophosphates (par digestion au persulfate acide), avant de les doser comme précédemment.

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MATERIEL ET METHODES

Cette étude s'est déroulée à la station d'épuration des eaux usées de la ville de Ouagadougou (Kossodo) de, Septembre à Novembre. La mesure des paramètres physico-chimiques permet d'évaluer les performances épuratoires de la station par rapport aux normes du Burkina Faso (2001) et de l'Organisation Mondiale de la Santé (1989).

I. L'échantillonnage

1. Le site de prélèvement

Au niveau de la station d'épuration de Kossodo, nous avons procédé à des prélèvements d'un litre d'eau usées sur chacun des points suivants : à l'entrée de la station (eau brute : E.B) et à la sortie de la station (eau traitée: E.T).

2. La technique d'échantillonnage

Le prélèvement sur les différents points a été effectué chaque Jeudi matin durant trois mois. Les échantillons ont été prélevés à l'entrée de la station et à la sortie de la station à l'aide d'une perche. Ces échantillons ont été conditionnées dans des bouteilles d'un litre ; ces bouteilles sont ensuite codifiées et placées à 4°C dans des armoires réfrigérées avant qu'elles ne parviennent au laboratoire. Certains paramètres tels que l'oxygène dissous, la température, la conductivité et le pH sont mesurés in situ.

3. Le transport et conservation des échantillons

Les échantillons ainsi prélevés sont placés au frais à 4°C lors du transport au laboratoire pour éviter que certains composés ne se détériorent. Au laboratoire les échantillons sont immédiatement rangés dans des armoires réfrigérés (4°C) jusqu'au moment de leur analyse (Apha, 1985).

II. Les analyses physicochimiques des performances épuratoires

1. La mesure des paramètres physico-chimiques

1.1. Le potentiel d'hydrogène (pH)

La mesure est faite in situ à l'aide d'un pH-mètre de marque WTW équipé de sondes spécifiques pour chaque paramètre. L'électrode utilisée pour la mesure du pH est de type sentix 41/T avec compensation automatique de température. La figure n°6 illustre le pH-mètre que nous avons utilisé.

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Figure n°6 : photo du pH-mètre (Sawadogo, 2013)

1.2. L'oxygène dissous (O2)

La mesure de l'oxygène dissous est faite in situ à l'aide d'une sonde à oxygène de type cello X325 WTW du multimètre, avec compensation automatique de température. La lecture est directe et est donnée en mg O2/L comme présenté sur la figure n°7.

Figure n°7 : photo de l'Oxymètre (Sawadogo, 2013)

1.3. La température

La mesure est faite in situ au moment de la mesure de l'oxygène dissous avec un multi paramètre. La lecture est directe et est donnée en degré Celsius (°C).

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2. La détermination de la pollution carbonée

Les méthodes de mesure des paramètres classiques de la qualité des eaux (DBO5, DCO, MES Nitrates, Phosphates, etc) sont mentionnées dans les normes françaises (AFNOR, 1997). 2.1. La mesure de la demande biochimique en oxygène

Principe

L'échantillon d'eau introduit dans une enceinte thermostatée est mis sous incubation. On fait la lecture de la masse d'oxygène dissous, nécessaire aux microorganismes pour la dégradation de la matière organique biodégradable en présence d'air pendant cinq (5) jours. Les microorganismes présents consomment l'oxygène dissous qui est remplacé en permanence par l'oxygène de l'air, contenu dans le flacon provoquant une diminution de la pression au dessus de l'échantillon. Cette dépression sera enregistrée par une OxyTop.

Mode opératoire

Les échantillons ont été d'abord dilués avant leur répartition dans des flacons de DBO (flacons ombreux), y ajouter 1 mL d'allyl-2 thiourée puis mettre un barreau magnétique. Ces flacons possèdent des godets en caoutchoucs dans leurs goulots dans laquelle sont placées chacun 2 pastilles de soude. Chaque flacon a été vissé par un OxyTop puis appuyer simultanément les touches S et M jusqu'à l'apparition deux 00. Enfin les flacons ont été placés sur l'agitateur dans une armoire thermostatique à 20°C pendant 5 jours. La touche S permet de visualiser les valeurs mémorisées par l'OxyTop. La figure n°8 illustre l'appareillage de mesure.

20

Figure n°8 : photo du DBOmètre (Sawadogo, 2013)

2.2. La mesure de la demande chimique en oxygène

La charge organique globale des échantillons est déterminée par la Demande Chimique en Oxygène (DCO). La DCO mesure le caractère réducteur de l'échantillon, en particulier les matières organiques et aussi toutes les matières réductrices susceptibles d'être oxydées.

La DCO est concentration exprimée en mg d'O2 / L, équivalent à la quantité d'un oxydant chimique (dichromate) consommée par les matières dissoutes et en suspension lorsqu'on traite un échantillon d'eau avec cet oxydant.

Principe

Le principe de la méthode au dichromates de potassium consiste à porte à l'ébullition, une prise d'essai de l'échantillon, en milieu acide, en présence d'une quantité connue de dichromate de potassium ; de sulfate d'argent joue le rôle d'un catalyseur d'oxydation et de sulfate de mercure (II) permettant de complexer les ions chlorures. L'excès de dichromate est dosé par spectrophotométrie (absorbance 600 nm). La DCO est calculée à partir de la courbe d'étalonnage.

Mode opératoire

Pour la réalisation pratique, le minéralisateur a été placé sous la hotte d'aspiration et mis en marche à 150°C au moins une heure de temps avant la minéralisation. Ensuite la prise d'essai (étalon, blanc, contrôle ou l'échantillon), la solution de minéralisation et le réactif d'acide sulfurique ont été introduits dans les tubes de minéralisation. Ces tubes ont été portés à 150°C pendant deux heures (figure n°10). Après refroidissement à la température ambiante,

l'absorbance des échantillons minéralisés ont été mesurés à l'aide d'un spectrophotomètre type DR/3800 à 600 nm (figure n°9).

21

Figure n°9 : photo du spectrophotomètre Figure n°10 : photo du minéralisateur DCO

(Sawadogo, 2013)

2.3. La mesure des matières en suspension

Principe

Le dosage des matières en suspension des eaux usées a été réalisé par un Séchage à 105°C #177; 2°C et pesée conformément à la Norme Française NF 90-105-2. (1997).

Mode opératoire

Les échantillons destinés à l'analyse des MES ont été au préalable bien homogénéisés avant leur répartition dans des tubes de 100 mL. Ces tubes ont été ensuite placés dans une centrifugeuse à 5000 tr/min pendant 20 min (figure n°11). Après la centrifugation, les culots retenus au fond des tubes ont été récupérés par rinçage à l'aide d'une pissette d'eau distillée, dans des coupoles de masse connue (M0). Ses culots récupérés ont été séchés dans un dessiccateur à 105°C #177; 2°C pendant 06 heures. La masse des MES s'obtient par la différence entre M0 et M1.

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Figure n°11 : photo de la Centrifugeuse (Sawadogo, 2013)

Expression des résultats

La teneur en matières en suspensions est donnée par l'équation suivante :

ñ= (M1--M0)X1000

~

Où :

ñ : est la teneur en matière en suspension, en milligrammes par litre ;

V : est le volume en millilitres de la prise d'essai ;

M0 : est la masse en milligrammes de la capsule à vide ;

M1 : est la masse en milligrammes de la capsule et son contenu après séchage à 105°C.

3. Les nitrates (NO3 -)

Principe

Le cadmium présent dans la gélule réduit le nitrate dans l'échantillon en nitrite. L'ion nitrite réagit avec l'acide sulfanilique pour former un sel de diazonium intermédiaire. Ce sel réagit avec l'acide gentisique pour former un complexe coloré ambre. La lecture est obtenue à 500

nm.

Mode opératoire

Les nitrates ont été dosés par la méthode colorimétrique de reduction au cadnium en utilisant le Nitraver5 comme réactif. Les nitrates contenus dans 10 mL d'échantillon réagissent avec une gélule du réactif (le cadmium) pour donner une couleur ambre. La concentration de

23

nitrates (mg/L) a été lue à l'aide d'un spectrophotomètre de type DR3800 à une longueur d'onde de 500 nm.

4. Les orthophosphates (PO43-)

Principe

Le dosage des orthophosphates (o-P) par spectrophotométrie d'absorption moléculaire est fondé sur la formation, en milieu acide et en présence de molybdate d'ammonium, d'un complexe phosphomolybdique qui développe une coloration bleue lorsqu'il est réduit par l'acide ascorbique.

Mode opératoire

Les orthophosphates ont été dosés par la méthode colorimétrique au molybdovanadate. Les orthophosphates contenus dans 10 mL d'échantillon réagissent avec le molybdate présent dans la gélule pour former un complexe mixte phosphate/molybdate. Ensuite, l'acide ascorbique réduit le complexe, provoquant une forte coloration bleue de molybdène. Enfin cette coloration qui a été lue à l'aide d'un spectrophotomètre de type DR3800 à une longueur d'onde de 880 nm et il affiche directement la concentration en orthophosphates en mg/L.

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RESULTATS ET DISCUSSION

1. Les caractéristiques de l'effluent brut

Les valeurs de la DCO et de DBO5 (Tableau III & IV) traduisent une bonne élimination des paramètres épuratoires. Mais il y a une forte variabilité de la qualité de l'effluent admis à la tête de la station avec des valeurs de pH qui évoluent de [6,4 ; 10,8] ; ce qui est de nature à favoriser le développement de la flore bactérienne nécessaire à la dégradation biologique des polluants organiques.

Tableau II : variation des valeurs de DCO dans le temps

Paramètres	Concentration	05-Sept	13-Sept	20-Sept	27-Sept	Moyenne
DCO Entrée	mg/L	2404	901,06	5758,2	1609	2668,07
DCO Sortie	mg/L	456,5	466,2	155	297	343,68
		04-Oct	11-Oct	18-Oct	25-Oct	Moyenne
DCO Entrée	mg/L	4961	2791	3321	1566	3159,75
DCO Sortie	mg/L	559	835	1375	402	792,75
		08-Nov	15-Nov	22-Nov	29-Nov	Moyenne
DCO Entrée	mg/L	992	1270	2418	1533	1553,25
DCO Sortie	mg/L	506	490	588	671	563,75

Le tableau IV présente les concentrations moyennes mensuelles de la DBO5 enregistrées au cours de notre expérience.

Tableau III : variation des valeurs de DBO5 dans le temps

Paramètres	Concentration	05-Sept	13-Sept	20-Sept	27-Sept	Moyenne
DBO5 Entrée	mg/L	1500	1400	2000	500	1350
DBO5 Sortie	mg/L	80	70	80	67,5	74,38
		04-Oct	11-Oct	18-Oct	25-Oct	Moyenne
DBO5 Entrée	mg/L	2275	1400	800	1000	1368,75
DBO5 Sortie	mg/L	60	280	113	120	143,25
		08-Nov	15-Nov	22-Nov	29-Nov	Moyenne
DBO5 Entrée	mg/L	500	600	800	900	700
DBO5 Sortie	mg/L	75	45	26,3	140	71,58

25

Le tableau V illustre les différentes concentrations moyennes mensuelles des matière en suspension mesurées.

Tableau IV : variation des valeurs des MES dans le temps

Paramètres	Concentration	05-Sept	13-Sept	20-Sept	27-Sept	Moyenne
MES Entrée	mg/L	467	268	5082	200	1504,25
MES Sortie	mg/L	130	137	56	350	168,25
		04-Oct	11-Oct	18-Oct	25-Oct	Moyenne
MES Entrée	mg/L	329	231	253	175	247
MES Sortie	mg/L	128	243	236	207	203,5
		08-Nov	15-Nov	22-Nov	29-Nov	Moyenne
MES Entrée	mg/L	260	160	427	295	285,5
MES Sortie	mg/L	231	175	268	87	190,25

2. Les rendements épuratoires

2.1. L'élimination de la charge organique 2.1.1. La demande chimique en oxygène

Les résultats obtenus ont permis de construire ces figures pour distinguer la variation du paramètre (DCO).

La figure n°12 présente les variations moyennes mensuelles de la concentration de DCO des eaux brutes et les eaux traitées, où on observe une diminution nette entre l'effluent brut et l'effluent traité avec une valeur minimale à la sortie de 343,68 mg/L contre une valeur maximale équivalent à 2739,6 mg/L à l'entrée. Mais cette valeur minimale reste toujours supérieure à la norme de l'OMS (150 mg/L). Ce qui pourrait s'expliquer par une forte accumulation de la matière organique à l'entrée de la station.

DCO

1647,67

966

446,6

2666,07 2739,6

343,68

0

3000

Concentration (mg/L)

2500

2000

1500

1000

500

Septembre Octobre Novembre Période

DCO Entrée mg/L DCO Sortie mg/L

26

Figure n°12: Variation moyenne mensuelle de la DCO des eaux brutes et traitées dans le

temps

Taux d'abattement de chaque unité :

Le calcul du taux d'abattement d'un élément (x) exprimé en % est basé sur la formule suivante :

% d'abattement (x) = [(Ci - Cf)/Ci] x100 avec

Ci : concentration initiale de (x) de l'eau usée brute

Cf : concentration finale de (x) de l'eau usée traité

La figure 13 présente une bonne élimination de la DCO au cours de notre expérience avec des rendements moyens qui varient entre 64,29% et 84, 11%. Ces résultats sont similaires à ceux obtenus par Piétrasanta et Bondon en 1994 (80 % et 90%). Cet important taux d'abattement de DCO est dû à la dégradation des matières organiques dissout dans l'eau usée par la flore bactérienne dénitrifiantes.

DCO

64,29

0,00

Taux d'abattement (%)

87,11 83,70

100,00

80,00

60,00

40,00

20,00

Septembre Octobre Novembre

Période

DCO %

27

Figure n°13: Taux d'abattement de la DCO dans le temps 2.1.2. La demande biochimique en oxygène

La figure n°14 montre les variations moyennes mensuelles de la concentration en DBO5 des eaux brutes et des eaux traitées avec une baisse considérable de la charge entre l'entrée et la sortie. Malgré cette baisse, la concentration minimale en DBO5 (71,53 mg/L) demeure légèrement supérieure à la norme burkinabè de rejet des eaux usées dans les eaux de surfaces qui fixe la limite à 50 mg/L selon le DECRET n°2001-185 / PRES/PM/MEE portant fixation des normes de rejet des polluants dans l'air, l'eau et le sol. Ceci pourrait s'expliquer par l'absence ou une mauvaise application du système de traitement en amont de la station.

DBO₅

1350 1275

700

74,38 81 71,53

0

1400

Concentration(mg/L)

1200

1000

800

600

400

200

Septembre Octobre Novembre Période

DBO5 Entrée mg/L DBO5 Sortie mg/L

Figure n°14: Variation moyenne mensuelle de la DBO5 des eaux brutes et traitées dans le temps

28

Les valeurs de rendement de DBO5 au cours de la durée de notre expérience (figure n°15) varient d'un mois à l'autre où elles atteignent leur maximum au mois de Septembre à 94,49 %, comparable à celui de Maïga en 2006 (95%). Ce qui montre l'efficacité de la station en matière d'élimination de la charge organique biodégradable. La décroissance du taux de rendement moyen au cours de notre expérience pourrait s'expliquer par des variations du pH et de la température.

DBO₅

94,49

95,00

Taux d'abattement (%)

94,00

93,00

92,00

91,00

90,00

89,00

88,00

87,00

93,65

89,78

Septembre Octobre Novembre

Période

DBO5 %

Figure n°15: Taux d'abattement de la DBO5 dans le temps

2.1.3. Les matières en suspensions

Les valeurs des MES diminuent de l'amont vers l'aval de la station. On observe une très forte concentration moyenne des MES des eaux brutes pendant le mois de Septembre par rapport aux mois ultérieurs de notre étude (figure n°16). Par contre, les concentrations moyennes des MES de la sortie enregistrée pendant le mois d'Octobre et de Novembre sont conformes aux normes (200 mg/L) de l'OMS (1989). Cette fluctuation pourrait s'expliquer par une augmentation des déchets dans la station que peut occasionner la saison hivernale.

Septembre Octobre Novembre

Période

1448,25

385,75

259,00 285,5

164,2 190,25

200

Concentration(mg/L)

0

400

600

800

1000

1200

1400

1600

MES

MES Entrée mg/L

MES Sortie mg/L

Figure n°16: Variation moyenne mensuelle de la MES des eaux brutes et traitées dans le temps

La variation des rendements moyens mensuels des MES (figure n°17) est en fonction de certains facteurs (la charge organiques des effluents, climat, saison etc.)

L'augmentation de la charge des MES ne représente pas une pollution en soi, tant que le milieu récepteur est assez grand.

MES

Septembre Octobre Novembre

Taux d'abattement (%)

40,00

80,00

70,00

60,00

50,00

30,00

20,00

10,00

0,00

73,36

36,60 33,36

Période

MES %

29

Figure n°17 : Taux d'abattement des MES dans le temps

30

2.2. L'élimination des nutriments 2.2.1. L'élimination de NO3 -

Durant notre expérience, les eaux brutes dont recevait la station était faiblement chargée en nitrates. On note une concentration moyenne maximale de 18,63 mg/L (eau brute) au cours du mois de Novembre (figure n°18). Les valeurs ainsi trouvées après le traitement à la lagune sont largement inférieures à celle de la norme burkinabè de rejet des eaux usées dans les eaux de surfaces qui fixe la limite à 50 mg/L selon le DECRET n°2001-185 / PRES/PM/MEE portant fixation des normes de rejet des polluants dans l'air, l'eau et le sol.

NITRATES

6,8 6,98

4,43

1,52

Septembre Octobre Novembre

Période

18,63

1,35

20

18

16

14

12

10

8

6

4

Conncentration (mg/L)

2

0

Nitrates Entrée mg/L

Nitrates Sortie mg/L

Figure n°18: Variation moyenne mensuelle des Nitrates des eaux brutes et traitées dans le

temps

La figure n°19 présente une bonne élimination des nitrates où les rendements varient entre 76,22% et 80,15%. L'élimination des nitrates en particulier et de l'azote en général est due d'abord à la décantation des matières en suspension dans les bassins anaérobies ensuite à la volatilisation et enfin à l'assimilation par les micro-algues.

NITRATES

81,00

Taux d'abattement (%)

80,00

79,00

78,00

77,00

76,00

75,00

74,00

80,15

78,22

76,22

Septembre Octobre Novembre

Période

Nitrates %

31

Figure n°19: Taux d'abattement des Nitrates dans le temps 2.2.2. L'élimination des orthophosphates (PO4^3-)

La figure n°20 présente les variations des concentrations moyennes mensuelles des orthophosphates des eaux brutes et traitées. On observe une forte concentration moyenne des eaux épurées enregistrées au cours du mois de Novembre (30,58 mg/L) par rapport aux autres mois, celle-ci dépasse la valeur moyenne à l'entrée (24,11 mg/L). Cela induit une production d'orthophosphates au cours traitement. De même, toutes les valeurs obtenues après le traitement sont largement supérieures à la limite tolérable (5 mg/L) proposée par l'OMS (1989).

₁₁₂₂Concentration (mg/L)

35

30

0

0

0

5

5

5

Septembre Octobre Novembre

31,59

6,69 6,26

Orthophosphates

30,58

Période

15,6

24,11

Orthophosphates Entrée mg/L

Orthophosphates Sortie mg/L

Figure n°20: Variation moyenne mensuelle des Orthophosphates des eaux brutes et traitées dans le temps

32

La figure n°21 montre les variations de rendements moyens des orthophosphates enregistrés au cours de notre expérience. On observe une diminution progressive du taux moyen des rendements mensuels. Le mois de Novembre fait une exception puisqu'il enregistre un rendement moyen négatif (-26,84%).

Orthophosphates

Periode

78,82

59,87

Septembre Octobre Novembre

-26,84

Orthophosphates %

80,00

taux d'abattement (%)

60,00

40,00

20,00

0,00

-20,00

-40,00

Figure n°21 : Taux d'abattement des Orthophosphates dans le temps 3. L'évaluation de l'efficacité du traitement

Les rendements moyens d'abattement de la pollution sur la période de suivi sont de 92,64 % pour la DBO5, 70,73 % pour la DCO et 47,78 % pour les MES (tableau II). Excepté le rendement moyen des MES, ces résultats sont comparables aux travaux de Kiemdé en 2009. De même le rendement moyen mensuel de la DBO5 se rapproche aux normes de l'OMS applicable au Burkina Faso (95% à 99%). Au vu des résultats nous déduisons que la STEP présente un abattement global satisfaisant.

Tableau V : les performances de la STEP de Kossodo

Paramètres	Septembre	Octobre	Novembre	Moyenne
	Rendement (%)
MES	73,36	36,6	33,36	47,78
DCO	87,11	83,7	41,37	70,73
DOB5	94,49	93,65	89,77	92,64

33

CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS

A travers ce travail, nous avons tenté d'étudier les performances épuratoires de la station d'épuration de la ville de Ouagadougou par un suivi des paramètres globaux de pollution tel que (DBO5, DCO, MES).

Il ressort des mesures et des analyses réalisées, une forte variation des paramètres physicochimiques des effluents bruts à l'entrée de la station d'épuration. Ces variations qui sont la conséquence du manque de maîtrise du traitement en amont, reposent sur la difficulté d'obtenir un échantillonnage correct des effluents bruts lors des mesures de suivi de la STEP. Concomitamment, les variations des paramètres atmosphériques, influent sur les processus en cours dans les bassins. En conséquence, les résultats obtenus sont fonctions de l'échantillonnage et des périodes de mesure.

Les abattements moyens constatés à la sortie de la STEP pour la pollution carbonée sont relativement élevés : DBO5 : 92,64% ; DCO : 70,73 % ; MES : 47,78 %. Ces niveaux d'abattement traduisent ainsi un bon niveau d'épuration entre l'entrée des effluents en tête des lagunes et la sortie de la STEP. Ces performances épuratoires sont assez bonnes pou l'ensemble de la STEP, mais cela suscite cependant des observations et des recommandations, qui pourront améliorer le suivi du fonctionnement du système.

A partir de cette étude, nous recommandons :

+ un suivi plus rapproché des paramètres physico-chimiques des effluents bruts soit une nécessité, car pouvant expliquer le déroulement des processus dans les différents bassins ;

+ Résoudre le problème de prolifération intensive des algues pour augmenter les rendements d'abattement des MES ;

+ Un suivi concomitant et rapproché des effluents industriels permettra la vérification stricte du respect des normes d'admission des effluents dans le réseau d'égouts.

Dans le but d'un suivi scientifique du comportement de la STEP, il est préconisé, l'aménagement sur le site du lagunage d'un domaine réservé à vocation pédagogique et de recherche, destiné aux différentes expérimentations.

34

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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35

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Satin M. et Selmi B., 1999. Guide technique de l'assainissement. 2ème édition. 680p.

Site internet :

-http// www.univ-lehavre.fr/cybernat/pages/lagunat

- http://www.oieau.org

36

ANNEXE 1 : DONNEES TECHNIQUES DE LA STATION D'EPURATION DE KOSSODO

1. Composition

y' 08 bassins de lagunage :

1er étage : 03 bassins anaérobies en parallèle ; 2è étage : 02 bassins facultatifs en parallèle ; 3è étage : 03 bassins de maturation en série ; y' 28 lits de 95 m² chacun soit 2660 m2

y' 01 laboratoire ;

y' 02 bâtiments administratifs ; y' et des latrines;

2. Dimension

y' 13 hectares de superficie nette y' Volume total : 180 000 m3

Désignation	Dimensions (LXl)		Profondeur(M)		Volume (m 3)
	Fond	Crète	Bassin	Eau	Bassin	Eau
Bassins anaérorobies	88,50 mx19 m	108mx37, 80m	4,70m	4,00m		18 600
Bassins facultatifs	287,50mx94m	298,50mx107m	2,50m	1,80m		103 000
Bassins de maturationN°1	202mx62m	217mx74, 5m	2,7m	1,20m		27 000
Bassins dematurationN°2	142mx42m	156,5mx54, 5m	2,7m	1,20m		6 850
Bassins de maturationN°3	142mx42m	155mx54m	2,7m	1,20m		6 850
Lits de séchage	3,80mx25m	3,80mx25m	0,70m	0,40m	66,50	38,00

37

Les normes présentées ci-dessous proviennent du décret N°2001-185 PRES/PM/MEE portant fixation des normes de rejets de polluants dans l'air, l'eau et le sol

Normes de déversement des eaux usées dans les égouts
Paramètres		Valeurs limites (mg/L)
DCO		2000
DBO5		800
Nitrates		90
Phosphates		50
Sulfates		600
MES		1000
pH		6.4 - 10.5
Normes de déversement des eaux usées dans les eaux de surface
Paramètres	Valeurs limites (mg/L)
DCO	150
DBO5	50
Nitrates	50
Phosphates	5
Sulfates	600
MES	100
pH	6.4 - 10.5

ANNEXE 2 : SITUATION GEOGRAPHIQUE DE LA STEP

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Source : ONEA , 2004