Déchets ménagers et traitement de lixiviat (Extrait d un mastère soutenu en décembre 2008)
I- Introduction La Tunisie produit près de 2,5 millions de tonnes de déchets ménagers par an, dont 700 000 tonnes dans le Grand Tunis. Tandis que dans les régions urbaines, la quantité de déchets produite est de 0,8 kg par jour et par personne, elle n'est que de 0,2 kg dans les régions rurales. La quantité de déchets urbains est en constante augmentation, près de 2% par an. Cette évolution se poursuivra très probablement dans les prochaines années, du fait de la croissance démographique et de l'amélioration du niveau de vie de la population. Cette fulgurante croissance de la quantité de déchets produits selon la tendance observée, pourrait être multipliée par quatre ou cinq d'ici l'an 2025. En raison de cette croissance, notre pays a mis en œuvre, depuis quelques années, un programme cohérent et progressif de contrôle, d'élimination et de recyclage de ces déchets. Par ailleurs et quelque soit son mode d exploitation, une décharge peut être à l origine de plusieurs sources de nuisance environnementale telles que : émission d odeur, de bruit, de poussière, production de biogaz et surtout de lixiviat qui doit être maitrisé. II- Nuisances pour l environnement Le lixiviat est défini comme étant l eau qui percole à travers les déchets en se chargeant bactériologiquement et chimiquement de substances minérales et organiques c est «le jus des poubelles». La composition des déchets enfouis, leur degré de décomposition, leur taux d humidité et l âge de la décharge sont les principaux paramètres influençant la composition du lixiviat. La production massive de celui-ci engendre des risques de pollution des sols, des rivières et des nappes phréatiques, Il est donc nécessaire de le collecter et de le traiter avant son rejet dans le milieu naturel. Bien qu une décharge soit un projet à durée limitée, ses effets ne le sont pas. Divers nuisances peuvent apparaître, à court et à long terme. Le tableau ci-dessous résume les principales nuisances pour l environnement.
Nature des nuisances Origines Impacts Envols Papiers, plastiques et feuilles Pollution du milieu naturel Odeurs Déchets, fermentation et biogaz Désagréments pour le personnel et les riverains Poussières Circulation des véhicules Désagréments pour le personnel Animaux Attrait nutritif des déchets Transport de maladies, atteinte à la chaîne alimentaire Incendies et explosion Imprudences, Accumulation Danger pour le personnel de biogaz Pollution des sols et des eaux Infiltration du lixiviat Dégradation milieu naturel Risques sanitaires Toxicité des déchets organismes pathogènes Maladies (cancers de l estomac et des poumons) III- Évolution du secteur de la gestion des déchets ménagers Dans le cadre de la coopération Tuniso-Française et dans le but de faire face aux enjeux environnementaux et énergétiques croissants des entreprises tunisiennes, L Agence nationale de Protection de l Environnement (ANPE), en partenariat avec l Agencec Française de Développement (AFD) ont lancé un programme appelé «ENVIROCRED» et qui vise à faciliter le montage et le financement des investissements dans les domaines de la dépollution et de la maîtrise de l énergie. IV- Traitements de lixiviat Plusieurs procédés de traitement ont été appliqués, tels que les procédés biologiques pour les percolats jeunes et biodégradables et les procédés physico-chimiques pour les effluents vieux et peu ou pas biodégradables. Dans l ensemble, les résultats sont satisfaisants mais les procédés sont souvent coûteux et peu performants. La technique d électrocoagulation pour le traitement d un rejet de lixiviat s intègre dans ce cadre. IV-1 L Electrocoagulation Durant les récentes décennies, les recherches ont révélé l électrocoagulation comme une technique attirante et convenable pour le traitement des différents effluents en raison de
ses nombreux avantages tels que sa compatibilité environnemental, son adaptabilité, son efficacité et son faible coût. Ce processus est caractérisé par un matériel simple, facile à réaliser et ne nécessite pas l ajout de produits chimiques. Cette technique consiste à utiliser une anode soluble (électrode attaquable) souvent en aluminium ou en fer (un générateur de courant a été utilisé comme source d énergie électrique permettant d imposer une intensité de courant). L oxydation électrochimique libère des cations métalliques qui, aux conditions de ph adéquates, donnent des hydroxydes métalliques insolubles qui constituent les flocs. Ces derniers vont permettre l agglomération ou l adsorption des molécules organiques polluantes présentes dans le lixiviat. Ces flocs flottent suite à la formation des bulles gazeuses (H 2 et O 2 ) générées par les réactions électrochimiques d électrolyse de l eau. Réactions aux électrodes Durant le processus d électrocoagulation, les réactions électrochimiques mises en jeu pour des électrodes soumises à un courant continu sont les suivantes: À la cathode, la principale réaction est celle de la réduction de l'eau : 3 H 2 O (lq) + 3 e - 3/2 H 2(g) + 3 OH - (1) À des valeurs élevées du ph, la cathode peut être attaquée par les ions OH - : 2 M + 6 H 2 O (lq) + 2 OH - 2 M(OH) 4 - + 3 H 2 (g) (2) À l anode, le métal (M), Al ou Fe est oxydé suivant la réaction : M (S) M (aq) 3+ + 3e - (3) Dans le cas d une électrode en fer, une autre réaction se produit à l anode : Fe (S) Fe (aq) 2+ + 2 e - (4)
Aux conditions de ph adéquat, l ensemble des ions M 3+ générés en solution s hydratent puis réagissent avec l eau pour former principalement des hydroxydes métalliques M(OH) 3 : M (aq) 3+ + 3 H 2 O (lq) M (OH) 3 (s) + 3 H (aq) + (5) En réalité, les ions métalliques produits peuvent subir d'autres réactions spontanées pour donner des hydroxydes et/ou des poly-hydroxydes correspondants. Dans le cas d une électrode en aluminium, diverses espèces monomériques comme Al(OH) 2+, Al(OH) + 2, Al(OH) - 4, et polymériques comme Al 2 (OH) + 2, Al 6 (OH) 3+ 15, Al 7 (OH) 4+ 17, Al 8 (OH) 4+ 20, Al 13 O 4 (OH) 7+ 24, Al 13 (OH) 5+ 34, sont formées puis se transforment finalement en Al(OH) 3(s). Ainsi, le mécanisme de formation des hydroxydes métalliques peut être décrit de la manière suivante : M 3+ espèces monomériques espèces polymériques amorphe M(OH) 3 (6) Ces espèces amorphes M(OH) 3, appelés aussi «champ de floculation», possèdent une large surface convenable pour l adsorption rapide des composés organiques solubles et au piégeage des particules colloïdales, via des forces électrostatiques de type Vander-Waals, ceci conduit à la formation des flocs qui seront ensuite séparés aisément du milieu aqueux soit par sédimentation, soit par flottation favorisée par la génération des bulles de dihydrogène (H 2 ) et de dioxygène (O 2 ) comme le montre le schéma suivant : Réaction entre deux électrodes dans une cellule d électrocoagulation.
Cette technique a été utilisée à l échelle du laboratoire sur un échantillon de lixiviat de la décharge contrôlée de Jebel Chakir qui est situé dans le Gouvernorat de Tunis à 10 km environ au sud-ouest du Tunis ; elle couvre une superficie de 47 hectares pour une réserve foncière totale de 124 hectares, sa capacité actuelle est de 2000 tonnes de déchets par jour. Le tableau ci-dessous donne ses Caractéristiques physico-chimiques. Paramètres Valeurs ph 9 Conductivité (ms.cm -1 ) 39,7 Matières en suspension (mg.l -1 ) 270 DCO (mgo 2.L -1 ) 8200 D.O (390 nm) 8,8 Chlorures (g.l -1 ) 26,98 Sulfate (g.l -1 ) 2,8 Cd (mg.l -1 ) 0,003 Cu (mg.l -1 ) 0,56 Fe (mg.l -1 ) 10,7 Pb (mg.l -1 ) 1,8 C est un rejet alcalin à forte charge saline, qui présente une teneur considérable en matière organique vu sa forte Demande Chimique en Oxygène (DCO) (voir annexe). En effet, ces propriétés prouvent que le lixiviat est un effluent nocif, très polluant et qui présente un vrai danger pour l environnement, d où la nécessité de son traitement avant de le rejeter dans l environnement.
IV-2 Résultats des traitements La réduction de la charge organique présente dans l effluent a été suivie par la mesure de la Demande Chimique en Oxygène (DCO). La décoloration du rejet a été suivie par la mesure de l absorbance. (voir annexe) Pour une durée du traitement par électrocoagulation de 90 minutes d un échantillon de 300 ml de lixiviat (ph initial = 6) et en appliquant une densité de courant = 15 ma.cm -2. On a pu atteindre une décoloration de 97 % et un taux d abattement de la Demande Chimique en Oxygène (DCO) de 94 % L exploitation de ces résultats montre bien que cette technique favorise la dépollution totale du lixiviat, ce qui prouve sa fiabilité et sa grande efficacité. Comme le montre la photo ci-dessous : (a) lixiviat avant traitement et (b) lixiviat après traitement par électrocoagulation.
Annexe La Demande Chimique en Oxygène (DCO) La Demande Chimique en Oxygène (DCO) est définie comme étant la quantité d oxygène consommée par les matières oxydables dissoutes et en suspension contenues dans l échantillon considéré et s exprime en mgo 2 /L. Ces derniers sont oxydées par le dichromate de potassium en milieu acide fort (H SO ) et à chaud pendant 2 heures. 2 4 3 C + 2 Cr 2 O 7 2- + 16 H + 3 CO 2 + 4 Cr 3+ + 8 H 2 O Plus la DCO est élevée plus l échantillon contient de la matière organique (polluante). Le taux d abattement de la DCO est calculé comme suit : DCO %DCO initial DCO DCO initial après traitement x100 L Absorbance La spectrophotométrie est une technique permettant de mesurer l absorbance d un corps à une longueur d onde donnée. L appareil utilisé est un spectrophotomètre (figure I). L absorbance est une grandeur physique sans unité, notée A, qui caractérise la capacité d'une espèce chimique colorée à absorber une radiation de longueur d'onde
I0 A log( ) I Où I 0 est l intensité de la radiation incidente et I son intensité après passage à travers la solution colorée. Plus la solution est décolorée plus l absorbance diminue plus la méthode du traitement utilisée est efficace.