Epuration des eaux usées au Maroc Situation actuelle et capitalisation

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1 Epuration des eaux usées au Maroc Situation actuelle et capitalisation

2 Epuration des eaux usées Definition et Objectif de l épuration : L épuration des eaux usées est l ensemble des techniques permettant de restituer au milieu naturel après usage, une eau proche de la qualité de celle qui a été prélevée. Plusieurs techniques d épuration peuvent être envisagées à savoir :

3 PROCEDES D EPURATION DES EAUX USEES Procédés Intensifs Lits bactériens Procédés extensifs Cultures fixées Infiltration percolation Filtration à écoulement vertical Boue activées Disques biologiques Filtration à écoulement horizontal Chenal à haut rendement Biofiltration Cultures libres Lagunage à macrophyte Lagunage aéré Lagunage naturel

4 Pourquoi le choix du lagunage naturel? 1- Il s agit du système d épuration le plus utilisé au Maroc : Presque 99% des stations d épuration réalisées sont de type lagunage 2- Le lagunage naturel est une recommandation du SDNAL (Schéma Directeur National d Assainissement Liquide) Le SDNAL recommande que le déroulement des études du système d épuration devrait être orienté en priorité vers les techniques extensifs et plus particulièrement vers le lagunage naturel. 3- Il s agit d un système qui s adapte mieux au contexte marocain : - Climat favorable - Terrains disponibles pour les petites et moyennes villes - Très faible utilisation de l énergie électrique - Prix de revient dynamique compatible avec les tarifs appliqués

5 Le lagunage naturel Définition du système d épuration par lagunage Une lagune Peut être définie comme toute dépression naturelle ou artificielle dans laquelle s écoulent naturellement les eaux usées brutes ou décantées. Son objectif est d évacuer l effluent sans altérer la qualité du milieu récepteur.

6 Le lagunage naturel Principe de traitement L épuration par lagunage est fondée sur les processus biologiques naturels de l autoépuration. Le traitement biologique dans les bassins se fait naturellement et principalement par les bactéries et les microalgues. Les lagunes naturelles sont caractérisées par trois types de bassins : Bassins anaérobies : (plus profonds) siège d une décantation et dégradation dont le rôle principal est l abattement de la DBO. Bassins facultatifs : assurent l abattement de la DBO et des germes pathogènes Bassins de maturations : (les moins profonds) : dont le rôle essentiel est l élimination des germes pathogènes.

7 Le lagunage naturel Bassins anaérobies : Lieu d une première phase du traitement Se sont des bassins qui fonctionnent sous des taux de charge organique élevés pour maintenir l état d anaérobioses (charge surfacique CS > 1000 kg/ha/j). Leur fonction principale est d assurer la décantation des matières organiques dans les boues formées par digestion anaérobies.

8 Le lagunage naturel Les paramètres de dimensionnement des bassins anaérobies 1- Charge volumique (g/m 3 /j) Selon Mara : Cv dépend de la température d après CEREMHER 1994 : Cv doit être comprise entre 50 à 300 g/m3/j 2- Temps de séjour (jours) 3- Profondeur des bassins (m) 4- Rendement épuratoire Ts (en jour) = Volume (en m3)/ Débit (en m3/j) D après CEREMHER 1994 : Ts doit être entre 3 à 5 j Doit être comprise entre 3 à 4 m Selon «Mara & Pearson» : Le rendement dépend de la température :

9 Le lagunage naturel Les avantages et inconvenients des bassins anaerobies : Avantages Inconvénients Permet une diminution de 45% de la surface totale de lagunage Permet l épuration d effluents à charge organique élevées Ne nécessite pas une grande emprise foncière Permet l élimination de : - 60% à 45% de DBO5 en fonction de la température - 90% des œufs d Helminthes - 2 Ulog des coliformes fécaux Nécessitent un Curage périodique Sensible au température très basses Nuisances olfactives (si proche de la population)

10 Le lagunage naturel Bassins facultatif (lagunage aérobie): C est une étape qui constitue la phase du traitement secondaire Dans ces bassins on distingue Un niveau anaérobie au fond des bassins. Un niveau d anoxie où la teneur en oxygène très faible (les bactéries sont du type facultatif) Un milieu aérobie en surface, suffisamment oxygéné par la photosynthèse des algues sous l effet des rayons solaires ainsi que par la diffusion de l oxygène de l air, sous l effet du vent notamment.

11 Le lagunage naturel Bassins facultatif (lagunage aérobie): Le schéma ci-dessous illustre les 3 niveau de traitement au niveau des bassins facultatifs Énergie Solaire algues CO2 O2 zooplancton Milieu liquide Sédiment bactéries aérobies bactéries facultatives bactéries anaérobies

12 Le lagunage naturel Paramètres de dimensionnement des bassins facultatifs Charge surfacique (en kg/ha/j) Temps de séjour (en jours) Trois types d approches peuvent être utilisés : Par expérience : ( Surface par équivalent habitant) Modèle empirique : Cs = f ( T ) Modèle cinétique : Ts = f ( C entrante et C sortante) avec C : Concentration en DBO5 (mg/l). d après CEREMHER 1994 : Cs doit être comprise entre 100 et150 kg/ha/j durant la période hivernale. Elle peut atteindre jusqu à 300 kg/ha/j pour T>25 C. d après CEREMHER 1994 : En moyenne 15 jours (maximum 30 jours) Profondeur des bassins (en m) 1,2 à 2 m

13 Le lagunage naturel Avantages et inconvénients des bassins facultatifs Avantages Ils permettent l élimination de 35 % à 55 % de DBO en plus d une bonne réduction des coliformes fécaux et des vers parasites Inconvénients - nécessitent une surface importante - nécessitent un curage périodique (3 à 5 ans) - causent des pertes en eaux importantes par évaporation. - Produisent des quantités importantes d algues

14 Le lagunage naturel Bassins de maturation : Ce sont des bassins aérobies de faible profondeur Ils constituent l étape tertiaire du traitement Ils sont vivement recommandés lorsqu il s agit d améliorer la qualité micro biologique de l effluent ils permettent également d affiner la qualité physico-chimique de l effluent.

15 Le lagunage naturel Performances épuratoires globales Les performances épuratoires généralement obtenues par ce procédé sont : Paramètre DBO5 DCO MES NK NGL PT CTCF Valeur en terme de concentration 30 à 60 mg O2/l 75 à 150 mg O2/l 140 mg/l 30 à 35 mg N/l 55 à 60 mg N/l 10 mg p/l 10 3 à 10 4 germes/100 ml Valeur en terme de rendement épuratoire 80 à 90% 80 à 90% 70% 60 % 25 à 30 % 50 % 3 à 4 U log

16 Capitalisation marocaine en matière de lagunage (Cas d étude) Pour mener cette étude les critères suivants ont été pris en considération : 1- Les stations d épurations choisies de type lagunage naturel 2- la filière doit comprendre au moins les bassins anaérobies et facultatifs 3- Les stations doivent avoir une durée de vie d au moins de 2 ans 4- les données d exploitation doivent être disponibles Les deux villes choisies sont M RIRT et AIN TAOUJDATE

17 STEP AIN TAOUJDATE Située à environ 250 km au Sud de Rabat Population d environ habitants Les données de bases qui ont servi pour le dimensionnement de la STEP sont: Année de dimensionnement : 2005 (1 ère tranche) Débit moyen des eaux usées : m3/j en l an 2005 Température : 10,5 Concentration en DBO5 Charge polluante Coliformes fécaux Évaporation : 400 mg/l : 600 kg/j : 10 7 /100 ml : 1,5 mm/j

18 STEP AIN TAOUJDATE La station est constituée des ouvrages suivants :

19 STEP AIN TAOUJDATE Bilan annuel des performances épuratoires de la STEP AIN TAOUJDATE Résultats des mesures quantitatives : La moyenne des valeurs des débits moyens mensuels durant les deux années d exploitation 2005 et 2006 reste inférieure au débit nominal de conception de la station à l horizon 2005 qui est de 1500 m 3 /j.

20 STEP AIN TAOUJDATE Rendements épuratoires de la STEP durant l année 2005 en DBO5 les rendements dépendent largement des concentrations en DBO5 Les rendements les plus faibles sont enregistrés pendants les mois les plus froids

21 STEP AIN TAOUJDATE Rendements épuratoires de la STEP durant l année 2005 en MES: La valeur en MES enregistrée en novembre et qui est de l ordre de 970 mg/l parait incompatible avec les concentrations enregistrées la même journée en DBO5 et DCO. Concernant Les rendements en MES et vu qu on ne dispose pas d information à la sortie des anaérobies, aucun jugement ne peut être avancé vu que les quantités d algues produites dans les facultatifs s ajoutent aux matières en suspension.

22 STEP AIN TAOUJDATE Rendements épuratoires de la STEP durant l année 2006 en DBO5: les rendements dépendent largement des concentrations en DBO5 essentiellement au niveau des anaérobies (plus l eau est concentrée plus le rendement est important) Les mesures effectuées par le laboratoire ONEP ont été faites sur des échantillons non filtrés ce qui peut influencer les résultats concernant les rendements des bassins

23 STEP AIN TAOUJDATE Rendements épuratoires de la STEP durant l année 2006 en MES: Les bassins anaérobies réduisent d une façon très significative les MES, cependant la production d algues dans les bassins facultatif ne permet pas le respect des normes en MES

24 STEP M RIRT Bilan annuel des performances épuratoires de la STEP M RIRT Résultats des mesures quantitatives : De manière générale, la moyenne des valeurs des débits moyens mensuels durant l année 2004 (2135 m3/j ) reste supérieure au débit nominal de conception de la station à l horizon 2005 qui est de 1800m3/j.

25 STEP M RIRT Rendements épuratoires de la STEP durant l année 2004 en DBO5: Les rendements les plus faibles constatés en mai, juillet, et octobre 2004 sont dus à la qualité des eaux usées à l entrée de la STEP en terme de DBO5 (de l ordre de 220 mg /l). Il est évident que les bassins anaérobies ne fonctionnent presque pas lorsqu il s agit des eaux avec des concentrations faibles en DBO5.

26 STEP M RIRT Rendements épuratoires de la STEP durant l année 2004 en MES: Les rendements en MES sont nettement plus importants à la sortie des anaérobies qu en sortie des bassins facultatifs et ce vu la production intense des algues dans ce type de bassins.

27 STEP M RIRT Rendements épuratoires de la STEP de M RIRT durant 2004 en terme de pollution azotée et phosphorée Paramètres Entrée valeur moyenne Sortie valeur moyenne Rendement % P total (mg P/l) 22,3 18,7 16 Azote Total (mg N/l) ,9 9 Pour les paramètres Phosphore et Azote total, les rendements de la station restent très faibles ( 16% et 9%) ce qui est normal compte tenu que le système d épuration n inclue pas de dénitrification ou déphosphoration.

28 STEP M RIRT Rendements épuratoires de la STEP durant l année 2004 en terme des paramètres microbiologiques : Paramètre Unité Entrée Station Sortie des bassins anaérobies Abattement Fourchettes Moyenne Fourchettes Moyenne Coliformes fécaux (germes /100ml) Ŕ , , à 1, , Ulog Œufs d helminthes (nbre/l) % Les résultats montrent que sur le plan pollution microbiologique : - La STEP de M rirt élimine totalement, par sédimentation, les Œufs d helminthes - La réduction de la charge bactérienne est de seulement 2 unités logarithmiques ce qui est normal compte tenu que la STEP ne dispose pas d un niveau de traitement tertiaire (bassins de maturation) -

29 STEP M RIRT Rendements épuratoires de la STEP durant l année 2005 en DBO5 : On constate la même chose que pour la STEP d Ain Taoujdate - Les rendements dépendent largement des concentrations en DBO5 - Les rendements les plus faibles sont enregistrés pendants les mois les plus froids.

30 STEP M RIRT Rendements épuratoires de la STEP durant l année 2005 en terme de MES : la production d algues dans les bassins facultatif fait que : - d une part : on ne peut pas se prononcer sur le rendement réel en terme de MES - d autre part : le respect des normes en terme de MES n est pas atteint.

31 STEP M RIRT Rendements épuratoires de la STEP durant l année 2006 en DBO5 : - Les rendements des bassins anaérobies dépendent énormément des concentrations en DBO5 à l entrée de la station - Le rendement des bassins facultatif est presque constant durant toute l année - Les échantillons non filtrés rend difficile l interprétation des rendements.

32 STEP M RIRT Rendements épuratoires de la STEP durant l année 2006 en MES : - Les bassins anaérobies réduisent d une façon significative les MES - Les bassins facultatifs sont une vraie source de production d algues et par conséquent l augmentation des matières en suspension (MES).

33 Conclusions Les conclusions et leçons a capitalisé des résultats d analyses précitées sont : Concernant les bassins anaérobies : Ces bassins assurent une bonne décantation de la matière en suspension puisqu il est relevé un abattement de 52 à 90% des MES qui sont conformes aux valeurs recommandées (>50%). Réduisent de manière significative les œufs d Helminthes par sédimentation puisque des valeurs d abattement allant de 63 à 100% ont été constatées.

34 Conclusions Présentent des abattements moyens annuels de la DBO5 et de la DCO dans les limites minimales recommandées (50 à 60%) sauf pour les périodes caractérisées par des eaux usées de faibles concentrations environ 200 mg de DBO5/l. La réduction des performances de ces bassins est aussi en relation avec les faibles températures enregistrées dans la région durant la période hivernale.

35 Conclusions Concernant les bassins facultatifs : Les MES augmentent au niveau de la sortie de ces bassins en raison du développement algal. Par conséquent les mesures doivent être faits sur des échantillons filtrés, La DBO5 et la DCO présentent des abattements d apparence faible si on considère les rendements attendus à ce niveau d épuration (90% de DBO5 soluble). Mais cet abattement est dû au développement algal, qui augmente la DBO5 sous forme particulaire, qui s ajoute à la DBO5 soluble, et qui est constatée au niveau des lagunes.

36 Conclusions Les bassins facultatifs présentent un abattement de 100% quant à l élimination des résidus d œufs de parasites, Les coliformes fécaux sont réduits d environ 1 Unité logarithmique si on considère le rendement annuel moyen des bassins.

37 RECOMMNADATIONS Le bilan du suivi qualitatif et quantitatif des stations d épuration de M Rirt et Ain Taoujdate durant les années 2004, 2005 et 2006 dégage les principales recommandations suivantes : les stations présentent de temps en temps des débits moyens journaliers supérieurs au débit nominal de conception. Il y a lieu de revoir en phase d étude les dotations ainsi que les taux d accroissement sur des bases plus réalistes et plus sécuritaires. les eaux usées brutes entrant aux STEP sont relativement concentrées par comparaison à la grille établie pour les eaux usées urbaines marocaines se traduisant par des valeurs particulièrement élevées des paramètres de DCO, Azote total, phosphore total, Coliformes Fécaux.

38 RECOMMNADATIONS les performances épuratoires minimales exigées, selon la norme Marocaine vigueur pour la pollution carbonée ne sont pas toujours atteintes et ce vu que la norme précitée ne précise pas le filtrage ou non des échantillons. Par ailleurs, les stations éliminent totalement, par sédimentation, les Œufs d Helminthes et réduisent de seulement 2 Unités logarithmiques la charge bactérienne ce qui est normal du fait que les STEP ne disposent pas d un niveau de traitement tertiaire (bassins de maturation). Les rendements des stations en termes d abattement de la pollution carbonée (DBO5 et DCO) sont faibles par comparaison à ceux fixés dans les études des stations. ).

39 RECOMMNADATIONS Le fonctionnement des bassins anaérobies est fortement influencé par la concentration des eaux usées brutes à l entrée des stations. des études des scénarios avec hypothèse de concentrations faibles en matière de pollution carboné doivent être envisagés. Par ailleurs, il est recommandé de point de vue conception : Augmenter la fréquence d analyse pour la caractérisation des eaux usées au cours de la phase étude et ce pour maîtriser la qualité des eaux brutes qui est la base de dimensionnement des ouvrages.. Choisir les sites d épuration avec respect d une distance minimale d au moins 1,5 Km du périmètre urbain et ce pour éviter les nuisances (cas de M rirt ).

40 RECOMMNADATIONS Concernant les mesures constructives, il est vivement recommandé ce qui suit : Prévoir une double entrée pour l alimentation des bassins anaérobies pour éviter la création des zones mortes au niveau de ces derniers. Prévoir déssableur au niveau du prétraitement pour soulager les bassins anaérobies d une part et éviter la cimentation des boues décantées dans les bassins d autre part. Toujours prévoir un débitmètre à l entrée et à la sortie des STEP pour la mesure en continue des débits avec le report automatique au niveau d une salle de contrôle.

41 RECOMMNADATIONS Limiter le choix du lagunage naturel comme système d épuration uniquement pour les villes de petites tailles < habitants et ce contenu des problèmes constatés lors de cette première expérience d une part et le développement urbain accéléré que connaît le Maroc actuellement d autre part. Veuillez au respect de la planification de curage des boues prévue au niveau de la conception et ce pour éviter tout dysfonctionnement lors de l exploitation. Prévoir la couverture des ouvrages de prétraitement qui sont souvent source importante des odeurs. En termes de coût et de réserves foncières qui se dégage des récentes réalisations les valeurs moyennes à retenir sont de 500 dh et 2 à 3 m² de surface utile par équivalent habitant.

42 RECOMMNADATIONS En conclusion et recommandation générale L'épuration des eaux usées par lagunage naturelle demeure une technique facile et peu coûteuse mais vu les inconvénients qu'elle présente, les concepteurs ne doivent l'adopter que cas par cas après examen approfondi de tous les facteurs qui interviennent.

43 FIN ET MERCI

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