D. Fatta1, K. Moustakas2, M. Loizidou2, M. Mountadar3

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1 D. Fatta1, K. Moustakas2, M. Loizidou2, M. Mountadar3
Les technologies de traitement des eaux usées et les normes standards appliquées pour leur réutilisation en agriculture dans les pays Méditerranéens D. Fatta1, K. Moustakas2, M. Loizidou2, M. Mountadar3 and O. Assobhei4 1- Department of Civil and Environmental Engineering, University of Cyprus, Cyprus 2 - School of Chemical Engineering, National Technical University of Athens, Greece 3 - Unité de Chimie Analytique et Génie de l’Environnement, Faculty of Sciences, Chouaib Doukkali University, Morocco 4 - Laboratoire de Microbiologie Appliquée et Biotechnologie, Faculty of Sciences, Chouaib Doukkali University, Morocco

2 Introduction Les pays méditerranéens connaissent un grave déséquilibre en ressources hydriques, principalement, dans la région MENA et particulièrement durant les mois d’été. Ce déséquilibre entre la demande et l'approvisionnement en eau est dû principalement à : * la distribution inégale des précipitations, * des températures élevées, * des demandes accrues en eau d'irrigation * des impacts du tourisme. Ce déséquilibre en eau doit être compensé par la récupération et la réutilisation des eaux usées.

3 Qualité des eaux usées et Problème de gestion des STEP
Souvent la qualité des eaux traitées à la sortie des systèmes de traitement est anormale. Ceci est du au fait que: * les procédures habituelles d'opération ne sont assurées, * absence de personnel qualifié * absence de control et de suivi de la totalité du procédé. Par conséquent il y a un grand besoin d’information à fournir à tous ces pays afin de réaliser le traitement et la réutilisation durable C'est l'objectif du projet de MEDAWARE financé par l’Association Euro Méditerranéene pour le Développement Local

4 Les eaux usées et leur impact
Les principaux constituants de l'eau usée sont : les matières solides, les produits organiques solubles et les microbes pathogènes portés par les eaux, provenant des utilisations domestiques et industrielle. Les produits organiques solubles (dé-oxygénation des eaux) Les concentrations élevées des nutriments N et P (eutrophisation des cours d’eau) Les concentrations élevées en métaux lourds (toxicité). D'autres substances toxiques ( médicaments, pesticides, herbicides, dissolvants excessifs, peintures et autres produits chimiques ménagers) Ces substances peuvent corroder des conduits d'égout et affecter sérieusement les installations de traitement. Elles limitent également le potentiel de réutilisation de l'eau.

5 La Réutilisation et Désinfection
La contrainte la plus importante pour la réutilisation des eaux usées était le plus souvent le respect de la santé publique. Or l'eau usée véhicule des organismes pathogènes et, en général, des méthodes de traitement modernes (par exemple, boues activées) ne sont pas conçues pour les éliminer. Les organismes qui peuvent survivre après le traitement des eaux résiduaires (sans désinfection) incluent les bactéries, les protozoaires, les helminthes et les virus. La plupart de ces microbes affectent l’humain par ingestion de l'eau et les aliments contaminés . La désinfection d'une eau usée élimine les microbes, mais elle est relativement coûteuse et n’est pas toujours à la portée des pays en voie de développement.

6 Eaux usées et risque sanitaire microbien
Les principaux facteurs qui déterminent le degré du risque sanitaire microbien sont (Khouri, 1994) : la capacité des microbes pathogènes de survivre ou se multiplier dans l'environnement, la dose requise pour l'infection, le besoin de la présence ou de l'absence d’intermédiaires la susceptibilité de la personne au danger (l'exposition constante a pu créer l’immunité). Ces facteurs sont résumés dans le tableau 1.

7 Persistance dans l‘ environnement
Tableau 1 : Caractéristiques épidémiologiques des microbes pathogènes entériques en termes de leur efficacité en causant des infections par l'irrigation d'eau usée(Gerba et al., 1975). Microbe pathogène Persistance dans l‘ environnement Dose Minimale Infectante Immunité Voie d'infection Étape de Latence/sol Virus moyen faible longue principalement par contact, nourriture et eau à la maison non Bactéries Court à moyenne grande court Protozoaire faible à aucun peu contact, nourriture et eau à la maison Helminthes à peu principalement le contact avec le sol et la nourriture à l’extérieure de la maison oui

8 Tableau 2 : Microbes pathogènes détectés dans les eaux usées non traitées (Toze, 1997)
VIRUS Type de virus Principales maladies Concentration en eaux usées Dose infectieuse Entérovirus Moyenne à grande Faible Virus polio Poliomyélite Moyenne à grande Faible Entérovirus Gastro-entérite Moyenne à grande Faible Échovirus Anomalies cardiaques, méningite Moyenne à grande Faible Coxsackievirus Moyenne à grande Virus hépatite A Hépatite Moyenne à grande Faible Adénovirus Maladies respiratoires, conjonctivite Moyenne à grande Faible Rétrovirus Pas bien établi Moyenne à grande Faible Calicivirus Agent de Norwalk Gastroentérite Moyenne à grande Faible SSRV Diarrhée, vomissant, fièvre Moyenne à grande Faible Rotavirus Gastroentérite Moyenne à grande Faible Astrovirus Gastroentérite Moyenne à grand Faible

9 Tableau 2 : Microbes pathogènes microbiens détectés en eaux usées non traitées, (Toze, 1997)
BACTERIE Type bactérien Principales maladies Concentration en eaux usées Dose infectieuse Vibrio Cholerae Choléra Moyenne à grande Grande Salmonella typhi Typhoïde, Salmonellose E. coli Entéropathogéne Gastro-entérite Campylobacter jejunei Moyenne à grande Shigella dysinterae Dysenterie Yersinia enterocolitica Yersiniose

10 Concentration en eaux usées
Tableau 2 : Microbes pathogènes microbiens détectés en eaux usagées non traitées, (Toze, 1997) PROTOZOAIRE Type de parasite Principales maladies Concentration en eaux usées Dose infectieuse Giardia intestinalis Ambiase Faible à moyenne Faible Parvum cryptosporidium Diarrhée, fièvre Entamoeba histolytica Dysenterie amibienne

11 Concentration en eaux usées
Tableau 2 : Microbes pathogènes microbiens détectés en eaux usagées non traitées, (Toze, 1997) HELMINTHES Type de parasite Principales maladies Concentration en eaux usées Dose infectieuse Ascaris lumbricoides (Round WORM) Ascaridiose Faible Ancylostoma spp (Hook WORM) Trichuris trichiura (Wrip WORM) Trichuriase Strongiloides stercoralis Strongle

12 Traitement des eaux usées et normes réutilisation
Le traitement des eaux usées à pour but de rendre l’effluent sans risque pour : * la santé publique, * la qualité des cours d'eau * l’environnemental. La qualité de l'eau demandée change selon l’utilisation, par conséquent il faut mettre en oeuvre des processus d'unitaitres et/ou leurs combinaisons pour atteindre la qualité exigée. Le tableau 3 donne une courte description des processus qui peuvent être utilisés pour obtenir la qualité de l'eau demandée.

13 Séparation Solide/Liquide
Table 3. : Processus et opérations utilisés pour le traitement d‘une eau usée. Séparation Solide/Liquide Processus Description Application Sedimentation Sédimentation par la pesanteur, de matière particulaire et de précipités de suspension obtenu par floculation chimique Élimination d’une grande partie des particules de 30 micron environ et plus. Typiquement utilisé en tant que traitement primaire et en aval des processus biologiques secondaires Filtration Élimination des particules par infiltration de l'eau sur le sable ou tout autre milieu poreux Élimination d’une grande partie des particules de 30 micron environ. Typiquement utilisée en aval de la sédimentation (traitement conventionnel), ou après coagulation/floculation

14 TRAITEMENT BIOLOGIQUE
Table 3. Processus et opérations utilisés pour le traitement de l'eau usée. TRAITEMENT BIOLOGIQUE Processus Description Application Traitement biologique aérobie Catabolisme des polluants organiques par des micro-organismes dans un bassin d'aération ou un processus de biofilm (filtre d'écoulement). Réduction de teneur nutritive de l'eau usée Étang d'oxydation Étangs avec 2 à 3 pieds de profondeur pour la pénétration de la lumière du soleil. Réduction : MES, DBO, bactéries, NH3 Élimination biologique des nutriments Combinaison des processus aérobies, anoxiques et anaérobies pour optimiser la conversion de l'azote organique et d'ammoniaque (en N2) et du phosphore Réduction de teneur nutritive d'eau usée

15 Table 3. Processus et opérations utilisés pour le traitement de l'eau usée.
TRAITEMENT AVANCE Processus Description Application Charbon actif Processus par lequel des contaminants sont physiquement absorbés sur la surface du charbon actif Élimination des composés organiques hydrophobes. Air Stripping Transfert de l'ammoniaque et d'autres composants volatils à partir de l'eau vers l'air. Élimination de l'azote d'ammoniaque et de quelques produits organiques volatils d'eau usée Échange ionique Échange des ions entre une résine échangeuse et une eau qui traverse un réacteur Efficace pour l’élimination des cations tels que le calcium, le magnésium, le fer, l'ammonium et les anions tel que nitrate. Coagulation chimique et précipitation Utilisation des sels d'aluminium ou de fer, des poly électrolytes, et/ou de l'ozone pour favoriser la déstabilisation des particules colloïdales de l'eau usée et la précipitation du phosphore. Formation des précipités phosphoreux et de la floculation des particules pour l’élimination par sédimentation et filtration

16 Table 3: Processus et opérations utilisés dans la récupération d'eau usagée .
TRAITEMENT AVANCE Processus Description Application Traitement avec la chaux Précipitation des cations métalliques Réduire le potentiel de l'eau, précipiter le phosphore et modifier le pH Filtration sur membrane Microfiltration, nano filtration et ultrafiltration Éliminer les particules et les micro-organismes de l'eau. Osmose inverse Procédé membranaire permettant de séparer des ions à partir d’une solution ( basée sur des différences de pression osmotique.) Élimination des sels et des minerais dissous de solution ; aussi efficace de l’élimination de microbe pathogène Désinfection L'inactivation des organismes pathogènes en utilisant les produits chimiques d'oxydation, la lumière UV, les produits chimiques caustiques, la chaleur ou les procédés physiques de séparation Protection de santé publique par l’élimination des micro-organismes pathogènes

17 Règlementation et réutilisation
Il n'y a pas un règlement commun de réutilisation des eaux usées dans le monde est ceci est dû : *à diversité de climat, géologie et géographie, *au type de sols et de cultures, *aux aspects économiques et sociaux, Quelques pays et organismes ont déjà établi des normes de réutilisation telles la Californie, OMS, la FAO, France, Italie (EPA, 2004). La plupart des pays en voie de développement ont adopté leurs propres normes à celles fixées par l'un des organismes précités (FAO, OMS, Californie, etc..)

18 Normes de réutilisation
Des données sur les normes de réutilisation employées par divers pays européens et méditerranéens peuvent être trouvées dans un rapport compilé dans le cadre du projet de MEDAWARE (Fatta et al., 2005). Ci-après les normes qui sont appliquées en Chypre et au Maroc. Normes de réutilisation en Chypre L'eau usée domestique est actuellement employées à Chypre pour l'arrosage des champs du football, parcs, jardins d'hôtel, forêts aussi bien que l'irrigation des récoltes permanentes ( citron, olives, vignes, fourrage et paysage). Le tableau 4 montre les directives en fonction de la qualité de l'eau usée utilisée pour l'irrigation à Chypre (Anayiotou, 2005).

19 Table 4. Directives pour la qualité de l'eau usée utilisée pour l'irrigation en Chypre (Limite1: ces valeurs ne doivent pas être excédées dans 80% d'échantillons par mois) DBO (mg l-1) MES Coliformes fécaux (nbre. par 100 ml) ver - Intestinal SURFACE d'irrigation limite 1 de 80% limite Max limite Max Nbre par litre Traitement requis Domaines a accès illimité 10 15 50 100 Zero Secondaire, tertiaire et désinfection Récoltes pour la consomma-tion humaine ; domaines à accès limité 20 30 45 200 1.000 Secondaire, stockage > 1 semaine et désinfection, ou tertiaire et désinfection

20 Table 4. Directives pour la qualité de l'eau usée utilisée pour l'irrigation en Chypre (Limite1: ces valeurs ne doivent pas être excédées dans 80% d'échantillons par mois) (na: non applicable) DBO (mg l-1) MES Coliformes fécaux (nbre. par 100 ml) ver - Intestinal SURFACE d'irrigation limite 1 de 80% limite Max limite Max Nbre par litre Traitement requis na 200 1.000 Zéro Stabilisation par des étangs de maturation avec un temps total de retention > 30 jours ou secondaires et un stockage > 30 jours Fourrages verts 20 30 45 5.000 Secondaire et stockage 1 semaine ou tertiaire et désinfection

21 Table 5. Limites de concentration pour des métaux en eau usée traitée pour l'irrigation continue
Métal Concentration (mg/l) Aluminium (Al) Arsenic (As) Beryllium (Be) Boron (B) Cadmium (Cd) Chromium III (Cr) Cobalt (Co) Copper (Cu) Iron (Fe) 5.0 0.1 0.75 0.01 0.05 0.2 Lead (Pb) Lithium (Li) Manganese (Mn) Molybdenum (Mo) Nickel (Ni) Selenium (Se) Vanadium (V) Zinc (Zn) 2.5 0.02 2.0 0.005

22 Directives et instructions (suite)
Les directives sont poursuivies à l’aide d'un recueil d'instructions prévu pour assurer la protection de la santé publique et l'environnement. Le recueil d'instructions inclut entre autre ce qui suit : * L'usine de traitement et de désinfection des eaux usées doit être maintenue sans interruption avec un fonctionnement satisfaisant et efficace tant que l'effluent traité est prévu pour l'irrigation. * Tous les sorties, robinets et valves dans le système d'irrigation doivent être fixés pour empêcher leur utilisation par les personnes non autorisées. * Toutes les sorties doivent être colorées et clairement marquées pour avertir le public * Aucun raccordement avec les canalisations transportant l'eau potable n’est permis

23 Les méthodes d'irrigation permises et les conditions de l'application diffèrent entre les différentes plantations comme suit : * Pour les fourrages verts, on recommande d'arrêter l'irrigation au moins une semaine avant la moisson. * Pour les pelouses et les jardins l'arrosage devrait de préférence être pratiqué pendant la nuit et quand les gens ne sont pas autour des secteurs d'agrément * aucun animal producteur de lait n’est admis sur des pâturages irrigués avec les eaux usées. * Pour les arbres avec des fruits mangés après épluchage : Irrigation par goutte à goutte (irrigation devrait arrêter une semaine avant la récolte).

24 Les normes de réutilisation au Maroc
L’eau réutilisée est principalement de l’eau usée brute parfois mélangée à l'eau douce. Les récoltes irriguées sont principalement les arbres fruitiers, le fourrage vert et les céréales. Le Maroc n'a pas encore un règlement spécifique de réutilisation d'eau usée. La référence est habituellement les recommandations de l'OMS. L’absence de traitement des eaux usées avant leur réutilisation dans les villes intérieures a comme conséquence des impacts défavorables de santé.

25 Conclusion Dans certains pays, l’exploitation des ressources d'eau douce naturelles renouvelables ont atteint ou excédé 100%, ce qui impose l'exploitation des réserves d'eau non renouvelables. Cette réalité démontre que l'approvisionnement en eau sera sévèrement touché pendant les 20 années à venir et l’utilisation des ressources non conventionnelles (réutilisation d'eau usée) sera ainsi un facteur primordial. Le traitement des eaux usées domestiques en réacteurs anaérobies, après traitement dans les systèmes normaux et la réutilisation agricole se sont avérés dans la pratique relativement simples et bon marché et permettent la récupération des ressources (l'eau, énergie et nutriments pour l'irrigation).

26 Conclusion(suite) L'eau usée peut être réutilisée pour l'irrigation des cultures et de paysage, la recharge des nappes souterraines. Les conditions de qualité et de traitement pour l'eau usée réutilisée deviennent plus rigoureuses pour éviter le contact direct et l’ingestion par l’homme. Les impuretés qui doivent être enlevées dépendent de l'utilisation finale de l'eau traitée. Par exemple, l’élimination des phosphates ou des nitrates n'est pas nécessaire si l'utilisation prévue est l’irrigation de paysage.

27 MERCI