Depollution Integrale Du Lac De Bizerte - Tunisie

MeHSIP-PPIF PHASE II

DEPOLLUTION INTEGRALE DU LAC DE BIZERTE - TUNISIE

Proposition de mise à niveau de la Station d’épuration de Bizerte

T A 2 0 0 8 / S 1 4 0 - 1 8 6 9 3 3 (RG/2008/01/FSF)

Juillet 2012

MeHSIP -PPIF

Programme d’investissement pour l’élimination des zones sensibles en Méditerranée Mécanisme d’aide à la préparation et à la mise en œuvre des projets

A TA operation funded by the European Union - FEMIP Support Fund

Étude de faisabilité: Dépollution Intégrale du Lac de Bizerte

Name of Underlying Project: MeHSIP-PPIF Mediterranean Hot Spot Investment Programme Project Preparation and Implementation Facility Date Version

Expert Team: Abdel Halim Koundi (Expert assainissement)

N. Marchesi (Project Leader)

G. Akl (Institutional Key Expert)

T. Young (Team Leader)

Project Director: M. Woolgar

REVISION DATE DESCRIPTION PREPARED BY (AUTHOR) REVIEWED BY 0 09/01/2012 Proposition de mise à niveau Abdel Halim Koundi N. Marchesi, G. de la STEP de Bizerte Akl, T. Young Proposition de mise à niveau Abdel Halim Koundi N. Marchesi, G. 1 11/04/2012 de la STEP de Bizerte Akl, T. Young Proposition de mise à niveau Abdel Halim Koundi N. Marchesi, G. 2 03/07/2012 de la STEP de Bizerte Akl, T. Young

Document nr.: 5080309/30/DG/098

Disclaimer

Le programme est financé au titre du Fonds d’assistance technique de la FEMIP. Ce Fonds utilise des aides non remboursables accordées par la Commission européenne pour appuyer l'activité d'investissement que la BEI déploie dans les pays du sud de la Méditerranée, en assistant les promoteurs au cours des différentes étapes du cycle des projets.

Les auteurs assument pleinement la responsabilité du contenu de la présente brochure. Les opinions exprimées ne reflètent pas nécessairement celles de l’Union européenne ou de la Banque européenne d’investissement.

CONTENTS

1 EVOLUTION DÉMOGRAPHIQUE ...... 5

2 RAPPEL DU DIAGNOSTIC DE LA STEP DE BIZERTE ...... 7 2.1 DONNÉES ET PARAMÈTRES DE DIMENSIONNEMENT ...... 7 2.2 PERSONNEL EXPLOITANT ET MAINTENANCE DE LA STEP DE BIZERTE ...... 9 2.3 LES EAUX USEES ...... 10 2.4 PROCEDES DE TRAITEMENT DES EAUX USEES ET DES BOUES ...... 11 2.5 REUTILISATION DES EAUX USEES TRAITEES ...... 12 2.6 DESTINATION DES BOUES RESIDUAIRES ...... 14 2.7 DONNEES ET PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT ...... 15 2.8 PROJETS PARALLELES ...... 18 2.8.1 ECONOMIE ÉNERGIE ...... 18 2.8.2 GESTION DES BOUES ...... 19 2.9 CONSIDERATIONS GENERALES ...... 20

3 RECOMMANDATIONS AU SUJET DE LA SOUS-TRAITANCE ...... 21

4 FORMULATION DES INTERVENTIONS NÉCESSAIRES ...... 24 4.1 DEGAZAGE-DESODORISATION ...... 24 4.2 DEGRILLAGE ...... 26 4.3 DESSABLAGE ...... 27 4.4 BASSINS D’AERATION ...... 28 4.5 CLARIFICATEURS CIRCULAIRES ...... 31 4.6 STATION DE POMPAGE DES BOUES DE RETOUR ...... 32 4.7 POMPAGE DES BOUES EN EXCES ...... 33 4.8 EPAISSISSEURS ...... 34 4.9 LITS DE SECHAGE ...... 34 4.10 DESHYDRATATION MECANIQUE DES BOUES ...... 36 4.11 STATION DE POMPAGE DES EAUX EPUREES...... 37 4.12 BASSIN DE REGULATION DES EAUX EPUREES ...... 37 4.13 REUTILISATION DES EAUX EPUREES ...... 38 4.14 DESTINATION DES BOUES ...... 39 4.15 TRAITEMENTS TERTIAIRES ...... 40 4.15.1 ELIMINATION DE L’AZOTE (VOIR ANNEXE II) ...... 42 4.15.2 ELIMINATION DU PHOSPHORE (VOIR ANNEXE II) ...... 45 4.15.3 DESINFECTION DES EAUX USEES TRAITEES (VOIR ANNEXE II) ...... 50 4.15.4 IMPLANTATION DES NOUVELLES INSTALLATIONS A AJOUTER ...... 58 4.15.5 IMPLICATION DES PROPOSITIONS POUR LE PERSONNEL D’EXPLOITATION ...... 60

5 ESTIMATION DES COÛTS POUR LA MISE À NIVEAU DE LA STEP .... 6

6 DÉLAIS DE RÉALISATION DES TRAVAUX POUR LA MISE À NIVEAU DE LA STEP DE BIZERTE ...... 12

LISTE DES FIGURES

Figure 1: Projections de la population raccordée jusquà 2031 ...... 6 Figure 2: Mesures de débit de l’année 2010 ...... 9 Figure 3: Charge superficielle pour les déssableiurs ...... 27 Figure 4: Implantation des nouvelles installations ...... 59 Figure 5: Carte répartition des établissements industriels visités...... 7

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1: Nombre de population raccordé ...... 5 Tableau 2: Qualités des eaux usées brutes prévues ...... 8 Tableau 3: Qualités des eaux usées traitées prévues ...... 8 Tableau 4: Apport des différents types des eaux usées ...... 10 Tableau 5: Description de la station d’épuration ...... 11 Tableau 6: Résultats des analyses des échantillons d’eaux brutes ...... 15 Tableau 7: Résultats des analyses des échantillons d’eaux épurées ...... 16 Tableau 8: Qualités des eaux brutes ...... 16 Tableau 9: Qualités des eaux traitées et rendement moyen en 2010/2011 ...... 18 Tableau 10: recommandations à mentionner dans le contrat avec le privé ...... 21 Tableau 11: Aspects de contrôle et d’analyse à mentionner dans les contrats de sous traitance ...... 22 Tableau 12: aspects communs de maintenance et d’entretien à mentionner dans les contrats de sous traitance ...... 22 Tableau 13: Norme tunisienne NT 106-02 ...... 40 Tableau 14: Norme tunisienne NT 106-02 en matière germes pathogènes ...... 42 Tableau 15: Résultat de l’analyse du phosphore ...... 45 Tableau 16: Norme tunisienne NT 106-02 et directives européennes pour l’élément phosphore ...... 45 Tableau 17: Déphosphatation chimique au sulfate d’alumine ...... 47 Tableau 18: Coût de déphosphatation chimique ...... 48 Tableau 19: Déphosphatation par bassins plantés ...... 48 Tableau 20 : Comparaison des procédés ...... 49 Tableau 21: Procédé de désinfection dans différents station d’épuration ...... 50 Tableau 22: Filtration sur sable ...... 54 Tableau 23: Désinfection par Ultra Violet ...... 55 Tableau 24: Désinfection par chloration ...... 56 Tableau 25: Comparaison les diverses techniques de désinfection ...... 57 Tableau 26: Coût du procédé de désinfection ...... 57 Tableau 27: Combinaison des coûts du procédé de désinfection ...... 58 Tableau 28: Comparaison des coûts du procédé de désinfection ...... 58 Tableau 29: Description du besoin en moyen humain ...... 60 Tableau 30: Récapitulation des differentes options possibles (les plus importantes) ...... 6 Tableau 31: Détail des coûts des mises à niveau proposées ...... 8 Tableau 32: Option 1 : Mise à niveau de la STEP de Bizerte Déphosphatation - Filtration sur sable et désinfection aux Rayons Ultra Violets ...... 9 Tableau 33:Option 2 : Mise à niveau de la STEP de Bizerte sans la déphosphatation ...... 10 Tableau 34:Option 3 : Mise à niveau de la STEP de Bizerte Sans traitement tertiaire (sans la déphosphatation et sans filtration et sans désinfection) ...... 11

LISTE DES ANNEXES

Annexe 1 : Entreprises dans le BV du Lac de Bizerte et leur état de prétraitement et de raccordement au réseau ONAS ...... 5 Annexe 2 : Traitement tertiaires : Elimination de l’azote ...... 8

ABBREVIATIONS

BoQ Bill of Quantities CDM Clean Development Mechanism EC European Commission EIA Environmental Impact Assessment EIB European Investment Bank EIRR Economic Internal Rate of Return ESIA Economic and Social Impact Assessment EU European Union FDS Final Disposal Site FEMIP Facility for Euro-Mediterranean Investment and Partnership FIRR Financial Internal Rate of Return FIDIC Fédération Internationale des Ingénieurs Conseils FS Feasibility Study GIS Geographic Information Systems JSC Joint Service Council IFI International Financing Institutions Mediterranean Hot Spots Investment Programme - Project Preparation and MeHSIP-PPIF Implementation Facility MoE Ministry of Environment MoMA Ministry of Municipal Affairs MoPIC Ministry of Planning and International Cooperation MSW Municipal Solid Waste NAP National Action Plan NGO Non-Government Organisation PDD Project design Document PIP Project Implementation Plan PFS Project Fact Sheet PPP Public Private Partnership RIAL Reuse for Industry, Agriculture and Landscaping SW Solid Waste TA Technical Assistance ToR Terms of Reference USAID United States Agency for International Development WAJ Water Authority Jordan WW Wastewater WWTP Wastewater Treatment Plant

Programme d’investissement pour l’élimination des zones sensibles en Méditerranée Mécanisme d’aide à la préparation et à la mise en œuvre des projets Financé au titre du Fonds d’assistance technique de la FEMIP

1 EVOLUTION DÉMOGRAPHIQUE

La station d’épuration de Bizerte est conçue pour traiter les eaux usées du grand Bizerte (villes de Bizerte, Zarzouna, Menzel Jemil, Menzel Abderrahmane) dont la population concernée s’élève à 190 920 habitants.

Tableau 1: Nombre de population raccordé

Type de population actuelle Population %

Population totale actuelle 190 920 100%

Population actuelle raccordée 158 029 83%

Population non encore raccordée 32 891 21%

Le rapport final de l’étude pilotée par la Direction Générale de l’Aménagement du Territoire (DGAT) sur le ‘‘schéma directeur d’aménagement de la région économique du Nord-Est’’ n’est pas encore disponible. Le rapport de diagnostic et d’orientations générales de la première phase a mis l’accent sur les enjeux et les tendances lourdes de l’évolution économique qui reste globalement valables. Le MEDD a lancé une consultation auprès des autorités régionales de Bizerte pour la l’élaboration des TdR d’une étude se rapportant au développement de Bizerte à l’horizon 2030. Les consultations pour l’élaboration des TdR ont aboutit à l’identification de 3 sous-régions de développement. L’abolition des ‘‘conseils régionaux’’ est l’une des premières décisions du gouvernement provisoire qui aura des conséquences de taille sur la gouvernance et le développement régional. La Chambre de commerce et d’industrie du Nord-Est a organisé en collaboration avec l’Agence DTA Architectes - Urbanistes en novembre 2010 une conférence sous la thématique ‘‘Bizerte 2050 : quels projets et quels financement pour un développement durable’’ au cours de laquelle 5 projets structurants pour le développement de la région de Bizerte notamment dans le domaine de l’urbanisme, l’infrastructure, l’équipement et l’environnement ont été présentés.

Les projections de la population ont été établies par l’INS sur la base des résultats du RGPH 2004 (Recensement Général de la Population et de l’Habitat) et des hypothèses d'évolution future de l'indice synthétique de fécondité d'une part, et des taux de mortalité infantile et de l'espérance de vie à la naissance d'autre part. Selon RGPH-INS 1994 et 2004 - EPDC – INS 2010, les taux d’accroissement sont comme suit :

Zones Taux d’accroissement annuel en Taux d’accroissement annuel % entre 1994 et 2004 en % entre 2004 et 2010

Bizerte Nord 1,06 0,59

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Zarzouna 2,48 2,47

Bizerte Sud 1,08 0,65

Les projections de la population ont été établies par l’INS sur la base des résultats du RGPH 2004 et les hypothèses d'évolution future de l'indice synthétique de fécondité d'une part, et des taux de mortalité infantile et de l'espérance de vie à la naissance d'autre part. On constate une évolution modérée de la population (accroissement annuel moyen de 0,8% entre 2004 et 2024).

La part de la population raccordée et à raccorder à la STEP de Bizerte d’ici 2031 est attendu comme suit.

Evolution de la population raccordable à la STEP de Bizerte

250

230

210

190

Milliers d'habitants 170

150

2011 2013 2015 2017 2019 2021 2023 2025 2027 2029 2031 Années

Figure 1: Projections de la population raccordée jusquà 2031

L’unité de référence la plus souvent appliquée est la valeur EH60. C’est la charge spécifique en g DBO5 par habitant. 1 EH60 correspond à une charge entrante en DBO5 de 60 g DBO5/EH/j. Cette unité de référence est inscrite dans la directive européenne no 91/271 du 21/05/91 relative au traitement des eaux urbaines résiduaires.

Selon les rapports d’exploitation de l’ONAS pour la STEP de Bizerte, le débit moyen de la population raccordée (158 029) est de 17 800 m3/j pour une charge organique de 3 987 kg DBO5/j, ce qui donne un équivalent habitant de 25g DBO5/EH/j (trop faible à cause de la salinité des eaux).

Par ailleurs on constate la très faible concentration des eaux brutes 230 mg/l contre 415 mg/l de MES (valeur de dimensionnement). On rencontre parfois les très faibles concentrations en DBO5, soit à cause d’une infiltration de la nappe dans le réseau, soit dans zones touristiques (forte consommation en eau) ou des rejets industriels.

En Tunisie la valeur de la charge spécifique est plus faible par rapport à l’Europe. Selon les rapports d’exploitation des stations d’épuration de l’ONAS la charge spécifique varient selon les régions de 28

à 50 g DBO5/EH/ j moyenne nationale est près de 40g DBO5/EH/j.

On ne peut convenir une valeur de charge spécifique d’un « Equivalent Habitant » pour chaque ville tunisienne ou encore pour chacune des stations d’épuration individuellement. Il est d’usage

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d’adopter une valeur d’un « Equivalent Habitant » en charge spécifique (g BBO5/j), rejet spécifique (litres/j) ou d’autres valeurs spécifiques.

On conviendra une valeur moyenne raisonnable pour la Tunisie : 1 EH = 40g DBO5 / j

2 RAPPEL DU DIAGNOSTIC DE LA STEP DE BIZERTE

2.1 DONNÉES ET PARAMÈTRES DE DIMENSIONNEMENT

La station d’épuration de Bizerte se trouve sur la route nationale GP 11, juste en face de la base militaire aérienne de Sidi Ahmed.

Photo 1: Localisation de la station d’épuration de Bizerte

Le site de la station d’épuration occupe une superficie de 13,6 hectares dont 7,8 occupés par les différents ouvrages de traitement soit un taux d’occupation de 57%. Il reste encore 5,8 ha en réserve juste en face de la base aérienne militaire.

La station d'épuration de Bizerte mise en service en 1997 est une installation du type boue activée à faible charge (aération prolongée) avec un traitement des boues par déshydratation sur filtre à bandes presseuses. Il est à signaler que la STEP de Bizerte dimensionnée pour l’horizon 2011 a bénéficiée de travaux de mise à niveau partielle en 2009, pour porter ses caractéristiques de dimensionnement pour l’horizon 2016. Il s’agit de :

 Dédoublement des clarificateurs (4 clarificateurs au lieu de deux)  Extension des lits de séchage  Construction d’une installation de déshydratation mécanique par filtres presse. Il n’y a pas d’installation de déphosphatation, ni de désinfection à la STEP de Bizerte.

La capacité de conception de la station d’épuration de Bizerte est la suivante :

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La station est dimensionnée pour l’horizon 2011

Horizon de dimensionnement après sa réhabilitation en 2009 2016

Capacité Equivalents habitants 250 000

Débit moyen journalier 26 600 m3 /j

journalière en 10 700 DBO5 Kg DBO5 / j

journalière en MES 9 950 Kg MES / j

Charge journalière en Azote total 2 150 Kg Nt / j

Tableau 2: Qualités des eaux usées brutes prévues

DBO5 mg / l 402

MES mg / l 374

Azote total Kg Nt / j 81

Tableau 3: Qualités des eaux usées traitées prévues

DBO5 mg / l 30

DCO mg / l 90

MES mg / l 30

Azote mg / l N 50

Les quantités d’eaux traitées jusqu’en 2011 n’ont pas encore atteint le débit de dimensionnement. La station fonctionne actuellement à moins de 67% de sa capacité maximale hydraulique et traite un débit moyen journalier de 17 139 m3/J pour 26 600 m3/J valeur de dimensionnement. Les mesures de débit sur une année, réalisées par les exploitants de la station d’épuration de Bizerte ont donné les valeurs suivantes :

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Figure 2: Mesures de débit de l’année 2010

Elle est à 37% de sa charge organique soit 3 987 kg DBO5 élim/J pour 10 740 kg DBO5 élim/J, valeur de dimensionnement. C'est pour cette raison que les réacteurs biologiques (bassins d'activations) ne sont pas tous en service. Donc la STEP de Bizerte n'est pas exploitée à sa pleine capacité.

2.2 PERSONNEL EXPLOITANT ET MAINTENANCE DE LA STEP DE BIZERTE

La station d’épuration est actuellement exploitée par la société privée SEGOR dans le cadre d’une convention d’une sous-traitance avec l’ONAS. Il s’agit d’un contrat de 5 ans démarré depuis septembre 2005 et qui déjà arrivé à son échéance a été prolongé en attendant la révision du contrat sous une nouvelle forme probablement une concession sur 12 ans.

C’est à la suite des doléances, aux recommandations et aux souhaits des sociétés privées exploitant des ouvrages d’assainissement pour l’ONAS, qu’il a été question de revoir la durée et le type du contrat d’exploitation. En effet les sociétés privées considèrent que la courte durée du contrat est un handicap.

Ce projet de contrat de concession est en cours de préparation au niveau du ministère et dont le contenu n’est pas encore divulgué. Ce projet sera mis en application et généralisé pour tous les ouvrages d’assainissement à concéder pour leur exploitation par des sociétés privés.

Le personnel exploitant de l’ONAS se réduit à une seule personne : le laborantin chapoté par le chef de service épuration, laboratoire et rejets industriels au sein de la direction régionale de l’ONAS de Bizerte.

Le sous traitant assure l’exploitation selon les termes du contrat signé avec l’ONAS. L’exploitant privé est tenu de respecter un cahier des charges pour garantir la conformité aux normes en matière de DBO5, DCO et MES seulement. Une liste précise les équipements à entretenir et maintenir en bon état de marche. L’ONAS prend en charge les grosses réparations et la maintenance de grosse

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importance. Les travaux de maintenance courante sont assurés par le privé sous traitant, alors que les gros travaux sont pris en charge par l’ONAS.

Le personnel exploitant de la société privée est composé comme suit :

 Un chef de projet (à temps partiel : car il a aussi à sa charge la STEP de Menzel Bourguiba, les stations de pompage et le réseau du grand Bizerte).  Un Chef de station  Un technicien  Un Electromécanicien (à temps partiel)  Un Ouvrier spécialisé (à temps partiel)  4 Ouvriers  Un gardien de nuit.

2.3 LES EAUX USEES

Les eaux usées traitées à la station d’épuration de Bizerte proviennent de :

 Bizerte ville  Bizerte médina  Zarzouna  Beni Nafaa  Menzel Abderrahmane  Menzel jemil L’apport des différents types des eaux usées est comme suit :

Tableau 4: Apport des différents types des eaux usées

Eaux usées % en volume

Domestique et collectives 71,4

Touristiques 1,9

Industrielles 6,7

Infiltration d’eaux salées 20,0

Flux total 100

De plus, la station d’épuration de Bizerte reçoit les eaux usées des établissements industriels installés au niveau des zones industrielles suivantes :

 Z.I Zerzouna  Z.I Menzel Jemil  Zone franche et la zone d’activité de Bizerte  Les établissements intégrés au tissu urbain et répartis sur le bassin de collecte  Les établissements situés en périphérie de la ville de Bizerte et le long des axes routiers.

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Les détails des usines raccordées aux réseaux ONAS sont en Annexe I.

Les eaux usées industrielles sont constituées d’eaux sanitaires, eaux usées industriels prétraitées et eaux pluviales. Les eaux industrielles, ne sont raccordées à l’ONAS et aboutissent à la STEP de Bizerte, seulement si elles sont prétraitées. Les eaux pluviales des établissements industriels ne sont pas branchées au réseau ONAS.

D’autre part, le réseau d’assainissement de la vielle ville (médina) de Bizerte souffre de plusieurs points d’intrusions des eaux salées de la nappe phréatique. Ces eaux salées infiltrées de la nappe dans le réseau d’assainissement, non seulement ils génèrent une dilution des eaux usées mais aussi une augmentation du des débits refoulés vers la station d’épuration de Bizerte. Les sels entrainés avec les eaux usées ont un effet négatif sur le fonctionnement du traitement biologique en fin de parcours.

Plusieurs stations de pompage assurent le relèvement et le transfert des eaux usées vers la station de relèvement principale ou « mère » SRGB ou SP2. L’amenée des eaux sur la STEP se fait l’intermédiaire d’une conduite gravitaire en siphon DN 800 partant de la station de refoulement du grand Bizerte (SRGB). Cette conduite impliquant pour les eaux usées un parcours relativement important sans oxygénation. Ces eaux parviennent à la station à l’état anaérobie. Une autre arrivée des eaux usées est assurée par la station de pompage du quartier populaire de la première tranche de Borj Chellouf.

2.4 PROCEDES DE TRAITEMENT DES EAUX USEES ET DES BOUES

Procédé de traitement des eaux Boues activées à faible charge du type aération prolongée

Simultanément aux eaux usées puis Procédé de traitement des boues Épaississement + séchage naturel + Déshydratation mécanique

Le traitement des eaux ne comporte pas de décantation primaire. Le traitement des boues ne se fait pas donc ni par stabilisation aérobie ni par digestion anaérobie. Il y a plutôt une stabilisation aérobie simultanée des boues avec le traitement des eaux usées (aération prolongée ou faible charge).

La station d’épuration est composée des unités suivantes :

Tableau 5: Description de la station d’épuration

Unité Caractéristiques techniques Problèmes constatés Désodorisation Par injection de produits déodorant à la Installation hors service surface du bassin de dégazage Dégazage Par barbotage d’air (300m3/h) dans un Equipements d’insufflation d’air défectueux bassin en génie civil d’un volume de 185 m3. dégrilleurs Deux unités de dégrilleurs vertical à Equipement très usées nécessitant leur râteaux de 100cm de largeur et 12mm remplacement par 2 nouveaux dégrilleurs de d’espacement entre les barreaux. 6mm. Déssableurs Deux couloirs de dessablage-déshuilage Aération trop forte.

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Unité Caractéristiques techniques Problèmes constatés aérés d’une superficie totale de 161m2. Vannes et câbles défectueux. Garde corps à remplacer. Bassin d’activation Boues activées à faible charge. L’oxygénation n’est pas optimisée pour assure Deux files de 4 bassins chacune et la nitrification et la dénitrification. totalisant 16 aérateurs de surface, pour un volume total un volume de 24000m3. Clarificateurs 4 clarificateurs circulaires dont 2 Difficulté de décantation des boues nouveaux de 40m de diamètre chacun. Système de nettoyage des déversoirs insuffisant. Pompage des boues de L’ancienne station de pompage des boues La nouvelle station de pompage des boues de retour de retour est équipée de 2+1 pompes retour déverse dans l’ancienne. Ceci cause d’une capacité unitaire de 200 m3/h, alors des surcharges. que la nouvelle station est équipée de 2+1 pompes de capacité unitaire de 500 m3/h Pompage des boues en 1+1 pompes d’une capacité unitaire de 72 Le débitmètre électromagnétique est excès m3/h défectueux. Epaississeurs 2 épaississeurs de formes carrées avec Rien à signaler Lits de séchage 21 lits + 6 nouveaux de 36m de long et Les lits de séchage sont colmatés et nécessite 18m de large une remise en état. Manque d’évacuation régulière des boues et d’entretien des lits. Déshydratation mécanique Une machine de déshydratation On n’atteint pas la siccité contractuelle de mécanique des boues (200 m3j) par filtre 30% prévue par le fournisseur. presse, avec adjonction d’un polymère. Station de pompage des 4 groupes électropompes d’un débit Pompes nécessitant une révision. eaux épurées unitaire de 1000 m3/h Bassin de régulation des Un bassin en terre étanché avec des Le bassin nécessite un entretien et une eaux épurées feuilles en produits noirs de « Drebigum ». vidange au moins annuelle avant la saison estivale. Installation de La STEP de Bizerte n’est pas dotée d’une Equiper la STEP d’une installation de déphosphatation installation de déphosphatation. déphosphatation. Réutilisation des eaux Une station de pompage est en service Les eaux épurées sont chargées en sels et épurées pouvant irriguer plus de 174ha n’encouragent leur réutilisation. Valorisation des boues La STEP produit annuellement 3500 m3 Accumulation des boues au sein de la STEP et résiduaires /an de boues. pollution de la nappe phréatique.

2.5 REUTILISATION DES EAUX USEES TRAITEES

La réutilisation des eaux usées traitées s’inscrit dans une démarche de protection de l’environnement et de préservation des ressources en eau qui sont devenues actuellement extrêmement limitées. Pour satisfaire les besoins, surtout pour l’irrigation, il est devenu nécessaire d’identifier et d’utiliser des ressources en eaux non conventionnelles.

Par ailleurs, la plupart des paramètres spécifications chimiques de la norme NT 106.03, qui concerne la réutilisation des EUT, sont analogues à celles de la norme NT 106.02 pour les rejets dans le domaine hydraulique. Ces spécifications sont plus permissives dans le cas de la norme NT 106.03 pour les chlorures, l’arsenic, le bore, le cadmium, chrome, plomb et le fer.

Par contre, les quatre paramètres microbiologiques cités dans la norme de rejet (NT 106.02) ne figurent pas dans la norme de la réutilisation des EUT (NT 106.03). Ces paramètres ont été remplacés par un autre paramètre unique qui est la moyenne arithmétique du nombre d’œufs de nématodes intestinaux.

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La norme NT 106.03 est directement rattachée au Décret n° 89-1047 du 28 juillet 1989 sur les conditions d’utilisation des eaux usées traitées à des fins agricoles. Ce décret définit notamment :

 les conditions d’utilisation des eaux usées traitées, avec nécessité d’une autorisation préalable délivrée par le ministère de l’Agriculture, avec accord du ministère de la Santé et de l’ANPE,  la nécessitée d’un traitement préalable des eaux usées avant toute utilisation agricole,  les fréquences d’analyse des paramètres physicochimiques et microbiologiques des eaux usées traitées,  l’obligation d’éloignement suffisant des périmètres irrigués par aspersion par rapport aux routes, agglomérations et puits destinés à l'alimentation en eau potable,  l’interdiction d’utiliser des eaux usées traitées pour irriguer les cultures maraîchères et crudités et les produits directement utilisables par l’homme,  l’interdiction de pâturage direct sur les parcelles irriguées par des eaux usées traitées,  l’obligation de contrôler la qualité biologique et physico-chimique des produits irrigués par les eaux usées traitées. Le décret n° 89-1047 a été modifié par le Décret n°93-2447 du 13 décembre 1993, qui indique entre autres que les eaux usées traitées ne peuvent être utilisées que pour les cultures dont la liste est fixée par arrêté du Ministère de l’Agriculture et qu’un cahier des charges fixera les conditions particulières applicables à chaque utilisation.

L’arrêté du 21 juin 1994 du Ministère de l’Agriculture fixe de manière exhaustive les cultures pouvant être irriguées par des eaux usées traitées, à savoir :

 les cultures industrielles dont le coton, le tabac, le lin, le jojoba, le ricin et le carthame ;  les cultures céréalières dont le blé, l'orge, le triticale et l'avoine ;  les cultures fourragères dont le bersim, le maïs et le sorgho fourragers et la vesce ;  les arbres fruitiers dont les dattiers, les agrumes et les vignes à condition qu'ils ne soient pas irrigués par aspersion ;  les arbustes fourragers dont l'acacia et l'atriplex (les espèces (Les espèces d’atriplex n’ont pas été précisées dans l’arrêté du 21 juin 1994)  les arbres forestiers ;  les plantes florales à sécher ou à usage industriel dont le rosier, l'iris, le jasmin, la marjolaine et le romarin. Enfin, le cahier des charges approuvé par arrêté des Ministres de l'Agriculture, de l'Environnement, et de la Santé publique du 28 Septembre 1995 fixant les modalités et les conditions particulières de l'utilisation des eaux usées traitées à des fins agricoles, prévoit, entre autres, une série de mesures de prévention et de contrôle des agriculteurs exposés aux risques de contamination directe par les eaux usées traitées.

La réutilisation des eaux usées se fait seulement près de la STEP de Bizerte sur une zone domaniale. Les privés ont une résistance à utiliser ces eaux. Donc il faudra :

 Effectuer un traitement secondaire correcte pour obtenir des eaux conformes à la norme et réutilisables (le traitement tertiaire n’est pas exigé par la norme);  Sensibiliser les agriculteurs ;  Livrer l’eau traitée à des coopératives ou associations d’agriculteurs et non à des agriculteurs individuels.

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Les eaux usées traitées sont stockées d’abord dans un bassin d’une capacité de 15 500 m3 pour être pompées vers la baie de sabra.

Une partie de ces eaux traitées peut être pompées par le CRDA (Commissariat régionale de développement agricole du Ministère de l’Agriculture et de l’environnement) pour irriguer un périmètre de 174 ha constitué de cultures fourragères. A l’entrée de la STEP, le taux de salinité est élevé (près de 6.000 µS/cm) suite à l’infiltration des eaux de la nappe salée au niveau du vieux réseau d’assainissement dans la vielle ville de Bizerte. Ces eaux proviennent essentiellement des eaux de mer par infiltration dans le vieux réseau de vielle ville (médina). Lors des marées hautes le réseau d’assainissement est noyé dans l’eau de mer et l’infiltration est importante compte tenu des fissurations dans les conduites d’assainissement. Ceci réduit le champ de réutilisation des eaux épurées .Ces eaux usées épurées sont pompées moyennant une station de pompage implantée sur le site de la station d’épuration.

2.6 DESTINATION DES BOUES RESIDUAIRES

Jusqu’en 1997, les boues stabilisées issues des stations de traitement des eaux usées étaient utilisées comme fertilisant dans le domaine agricole. Ces boues étaient très demandées et ne restaient pas en stock dans les stations d'épuration. Elles étaient vendues pour une somme symbolique (à moins de 2 dinars le mètre cube sur le site de la station d'épuration).

Les pratiques de réutilisation des boues, non contrôlées et non suivies par un organisme ou une institution officielle pour vérifier les impacts de cette réutilisation libre, n’étaient pas soumises à un cadre réglementaire officiel.

En 1997, le Ministère de la santé publique, Direction de l’Hygiène du Milieu et la Protection de l’Environnement (DHMPE) a décidé l’interdiction de l’utilisation des boues résiduaires même bien traitées et issues des stations d’épuration et ceci en attendant la mise en place d’une réglementation tunisienne à cet effet. Depuis, ces boues ne sont plus valorisées en agriculture, et sont mises en décharge la plus proche s’il y en a, sinon ces boues résiduaires sont stockées au sein des périmètres des stations d’épuration.

Un freinage ou blocage de l'évacuation des boues résiduaires des stations d'épuration peut rapidement avoir des conséquences néfastes sur le fonctionnement des installations d'épuration et même détériorer la qualité des eaux épurées.

Se trouvant devant le fait accompli l’ONAS s’est trouvée en situation difficile et a en 1998 réalisé des démarches, en collaboration avec le Centre International des Technologies de l’Environnement de Tunis (CITET), auprès de l’INNORPI pour mettre en place une méthodologie afin d’élaborer une norme relative à l’utilisation des boues résiduaires issues des stations d’épuration urbaines. Après un travail de la commission technique créée à cet effet, la norme 106-20 a vue le jour en décembre 2002.

La norme seule ne permettait pas l’utilisation des boues. Il fallait attendre l’apparition :

 D’un cahier des charges fixant les conditions d’utilisation des boues par les exploitants agricoles, approuvé par arrêté conjoint du Ministre de l’agriculture et des ressources hydrauliques et du Ministre de l’environnement et du développement durable du 29 décembre 2006,

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 Et du décret n° 2007-13 du 3 Janvier 2007 fixant les conditions et les modalités de gestion des boues provenant des ouvrages de traitement des eaux usées en vue de leur utilisation dans le domaine agricole. Mais même après l’apparition de ces normes leur application n’a été que limitée en raison des contraints réglementaires dans leur application pratique.

Actuellement, le problème de la gestion des boues issue du traitement des eaux usées est considéré comme prioritaire en Tunisie. Un programme financé par KfW se propose de développer des schémas directeurs de gestion des boues par région. Les études achevées ont préconisé 3 différents types d'utilisation des boues selon les caractéristiques des zones concernées :

 Fertilisation (filière verte),  Combustion - production de ciment (filière rouge),  Stockage - acheminement vers une décharge contrôlée (filière noire).

L’étude des plans directeurs est au stade de lancement de la consultation.

Les normes existantes ne concernent, pour le moment, que la première filière (filière verte).

Les boues stabilisées et séchées à la STEP de Bizerte ne sont pas valorisées. Elles sont stockées près des lits de séchage.

Une commission nationale pour l’utilisation des boues comme fertilisants en agriculture a un programme pilote sur 5 ans pour l’épandage des boues résiduaires dans des sites agricoles. Ce programme s’étale sur la période de 2008 à 2012. En 2008, 627 tonnes ont été épandues contre 2367 tonnes en 2009 soit une augmentation de 1740 tonnes en une année. La région de Bizerte n’est pas encore concernée actuellement par ce premier programme.

2.7 DONNEES ET PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT

Des prélèvements d’échantillons ont été réalisés par l’ONAS, par SEGOR (la société privée exploitante la station d’épuration de Bizerte), et par le laboratoire d’analyse GREENLAB en juin 2010 et en novembre 2011.

Les résultats des mesures et analyses des eaux brutes et épurées sont comme suit :

 ONAS : Résultats obtenus sur une moyenne des résultats d’analyses de l’ONAS sur toute l’année 2010.  SEGOR : Résultats obtenus sur une moyenne des résultats d’analyses contradictoires entre l’ONAS et l’exploitant privé SEGOR sur toute l’année 2010.  MeHSIP-PPIF : Résultats obtenus sur des échantillons instantanés prélevés par le bureau d’étude en juin 2010  MeHSIP-PPIF : Campagne de prélèvement et d’analyses sur des échantillons moyens 24h effectués durant trois jours consécutifs les 21, 22 et 23 novembre 2011 Les analyses sur des échantillons d’eaux brutes ont données les résultats suivants :

Tableau 6: Résultats des analyses des échantillons d’eaux brutes

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Paramètres pour Normes ONAS MeHSIP-PPIF MeHSIP-PPIF Résultat les eaux brutes 106-02 2010 Juin 2010 Nov 2011 moyen retenu

DBO5 mg/l 400 251 230 233 238 DCO mg/l 1000 608 520 537 555 MES mg/l 400 596 415 246 419 Matières décantables après 2h ml/l - - - 2,3 2,3 Conductivité µS/cm - - - 4860 4860

N-NO2 mg/l 3 - 0,53 (1) 0,026 0,026 N-NO3 mg/l 20,3 - 0,41 (1) 0,45 0,45 N-kjeldahl mg/l 100 - 15,6 (1) 54,6 54,6 N-Total mg/l 123,3 - 16,5 (1) 55 55 Phosphore total mg/l 10 - 0,8 (1) 3,5 3,5 Coliformes fécaux NPP/100ml - - - 1,8 * 104 (21-12-2011) 1,8 * 104 Streptocoques fécaux NPP/100ml - - - 1,1* 105 (21-12-2011) 1,1* 105 Salmonelles NPP/100ml - - - Présence (2) Présence Vibrions cholériques NPP/100ml Absence Absence (1) Valeurs anormales durant la première campagne d’analyse et qui n’ont pas été retenues

(2) Trouvé seulement une fois sur 3, possible contamination hospitalière

Les analyses sur des échantillons d’eaux épurées ont données les résultats suivants:

Tableau 7: Résultats des analyses des échantillons d’eaux épurées

Normes ONAS Segor MeHSIP- MeHSIP-PPIF Valeur Paramètres pour 106-02 2010 2010 PPIF Nov 2011 retenue les eaux Epurées Juin 2010

DBO5 mg/l 30 21 24 12 3,5 15 DCO mg/l 90 75 72 109 30 72 MES mg/l 30 22 21 30 7,6 20 Matières décantables 2h ml/l - - - - 0,1 <0,1 Conductivité µS/cm - 4 439 4 582 - 2 806 3 942

N-NO2 mg/l 1,5 - - - 0,53 0,53 N-NO3 mg/l 20,3 - - - 0,41 0,41 N-kjeldahl mg/l 30 15 34 - 15,6 34 N-Total mg/l 51,8 - - 16,5 16,5 Phosphore total mg/l 0,1 2,7 <0,1 (1) - 0,8 (1) 2,7 5,3x103 Coliformes fécaux NPP/100ml 2 000 - - 2 400 5,3 x103 (21-12-2011) 4,3x104 Streptocoques fécaux NPP/100ml 2 000 - - - 4,3x104 (21-12-2011) Salmonelles NPP/100ml Absence - - - Absence Absence Vibrions cholériques NPP/100ml Absence - - - Absence Absence (1) Valeurs anormales des résultats d’analyse

Qualités des eaux brutes prévues lors du dimensionnement et réelles en 2010/2011

Tableau 8: Qualités des eaux brutes

Normes Prévu Moyenne Paramètre 2010/2011

DBO5 mg/l 400 402 238 DCO mg/l 1 000 - 555

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MES mg/l 400 374 419 Azote total mg/l N 123,3 55 35,8 Phosphore total mg/l P 10 - 2,15

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De ces résultats d’analyses on peut déduire les taux de charges suivantes :

Paramètre Prévu 2010 Taux de charge Nombre d’habitants raccordés 250 000 158 029 63% Débit moyen journalier en m3/j 26 600 17 139 64 %

Charge journalière en DBO5 en kg DBO5/j 10 700 3 942 37 % Charge journalière en MES en kg/j 9 950 7 113 71 % Charge journalière en Azote total en kg/j 2 150 614 29 %

La station d’épuration de Bizerte fonctionne encore en sous-charge, soit 64 % de sa charge hydraulique et 37 % de sa charge organique exprimée en DBO5. La qualité des eaux traitées est conforme aux normes tunisiennes sauf pour le phosphore et les polluants microbiologiques.

Tableau 9: Qualités des eaux traitées et rendement moyen en 2010/2011

Moyenne Normes Prévu Rendement 2010/2011

DBO5 mg/l 30 30 15 96 % DCO mg/l 90 90 72 87 % MES mg/l 30 30 20 95 % Azote total mg/l N 50 50 25 30 % Phosphore total mg/l P 0,1 - 1,2 44 %

2.8 PROJETS PARALLELES

2.8.1 ECONOMIE ÉNERGIE Conformément à la loi N° 2004-72 du 2 Août 2004, relative à la maîtrise de l'énergie; L'ONAS veillera au renforcement des efforts de maîtrise de la consommation de l’énergie à travers la mise à niveau des systèmes d’épuration actuels et le développement de modes d’épuration (biomasse) qui répondent aux exigences de la maîtrise d’énergie.

Pour se mettre au diapason du progrès technologique, l’ONAS s’emploie à moderniser les systèmes de traitement des eaux et de maîtrise de l’énergie au niveau des stations d’épuration, ce qui l’a amené à élaborer un programme modifiant les systèmes de traitement en introduisant la digestion anaérobie des boues et la valorisation énergétique du biogaz (cogénération). Ce projet doit contribuer à la limitation des gaz à effet de serre, outre la couverture de 35% des besoins en énergie électrique des stations d’épuration dont les STEP de Bizerte et Menzel Bourguiba, dans le gouvernorat de Bizerte.

L’autre composante du programme, c’est le remplacement des systèmes d’aération superficielle par des équipements d’aération à fines bulles, en vue d’accroître le rendement énergétique des stations d’épuration, dont les STEP de Bizerte et Menzel Bourguiba. Il est prévu que ce projet participe à la limitation des émissions des gaz à effet de serre et à la diminution, d’environ 25% de la consommation d’énergie dans ces stations. La KFW a déjà donné son accord de principe pour financement de l’étude.

Ces projets devraient bénéficier du mécanisme de développement propre (MDP), dans le cadre du protocole de Kyoto de la Convention des Nations Unies sur les changements climatiques.

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Les projets de Bizerte et Menzel Bourguiba seront financés par la KFW pour un montant de 19,5 MD. La réalisation de ce programme est prévue durant la période 2009-2016.

En définitive l’économie d’énergie serait réalisée par l’optimisation de l’aération moyennant un meilleur contrôle du besoin en oxygène, La mise en place d’agitateurs et la réalisation du programme financé par la KFW pour remplacer les turbines d’aération de surfaces par des équipements d’insufflation d’air surpressé et la digestion anaérobie des boues en remplacement de la stabilisation aérobie. Les prévisions concernant les couts de ces actions visant à faire des économies d’énergies et la réduction des gaz à effet serre sont comme suit : 1 136 000 DT pour l’aération/agitation, prévu dans le cadre du présent projet et 19 500 000 DT pour la conversion du système d’aération et la digestion anaérobie des boues prévu dans le cadre d’un financement de la KFW.

2.8.2 GESTION DES BOUES Le processus de dépollution des eaux usées urbaines produit d’un côté de l’eau épurée, et de l'autre des sous-produits en grande quantité: les boues.

Jusqu’à 1997, les boues stabilisées issues des stations de traitement des eaux usées étaient utilisées comme fertilisant dans le domaine agricole. Ces boues sont très demandées et ne restent pas en stock dans les stations d'épuration. Elles sont vendues pour une somme symbolique (à moins de 2 dinars le mètre cube sur le site de la station d'épuration).

En 1997, le Ministère de la santé publique, Direction de l’Hygiène du Milieu et la Protection de l’Environnement (DHMPE) a décidé l’interdiction de l’utilisation des boues résiduaires même bien traitées et issues des stations d’épuration; et ceci en attendant la mise en place d’une réglementation tunisienne à cet effet. Depuis, ces boues ne sont plus valorisées en agriculture, et sont mis en décharge la plus proche s’il y en a, sinon ces boues résiduaires sont stockées au sein des stations d’épuration.

Un freinage ou blocage de l'évacuation des boues résiduaires des stations d'épuration peut rapidement avoir des conséquences néfastes sur le fonctionnement de l'installation d'épuration et détériorer même la qualité des eaux épurées.

Après un travail de la commission technique crée pour mettre en place une réglementation, la norme 106-20 a vue le jour en décembre 2002.

La norme NT 106-20 est assortie de:

 du cahier des charges fixant les conditions d’utilisation des boues par l’exploitant agricole, approuvé par arrêté conjoint du ministre de l’agriculture et des ressources hydrauliques et du ministre de l’environnement et du développement durable du 29 décembre 2006,  du décret n° 2007-13 du 3 Janvier 2007 fixant les conditions et les modalités de gestion des boues provenant des ouvrages de traitement des eaux usées en vue de leur utilisation dans le domaine agricole. Actuellement, le problème de la gestion des boues issue du traitement des eaux usées est considéré prioritaire en Tunisie. Un programme financé par la KfW s’oriente de proposer de développer des études de schémas directeurs de gestion des boues par région. Les études préliminaires achevées ont préconisé 3 différents types d'utilisation des boues selon les caractéristiques des zones concernées :

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 Fertilisation (filière verte),  Combustion - production de ciment (filière rouge),  Stockage - acheminement vers une décharge contrôlée (filière noire). Une étude des plans directeurs est au stade de lancement de la consultation. La norme existante ne concerne, pour le moment, que la première filière (filière verte). La STEP de Bizerte sera concernée par le schéma directeur de gestion des boues.

2.9 CONSIDERATIONS GENERALES

Problèmes contractuels SEGOR/ONAS

1. La station d’épuration de Bizerte est exploitée depuis le mois de septembre 2005, par l’entreprise privée SEGOR, mais l’ONAS reste toujours le propriétaire. En général, la coopération avec l’ONAS fonctionne bien. Seules les situations dans lesquelles d’une part l’ONAS (en tant que propriétaire) devrait effectuer des investissements importants et d’autre part l’exploitant privé est responsable quant aux performances épuratoires de la station, sont à l’origine de quelques conflits. 2. L’ONAS et la SEGOR n’ont prévus dans leur contrat, que le contrôle des valeurs de la DBO5, DCO et des MES dans les effluents traités de la STEP. Il en résulte qu’on n’attribue aucune importance à l’élimination de l’azote (nitrification, dénitrification) et il n’y a pas aussi de précipitation du phosphore ou de mesures prises pour assurer une élimination du phosphore par voie biologique ni par voie chimique. Cependant, la législation en vigueur prévoit des valeurs très strictes de rejet, tant pour l’azote que pour le phosphore. 3. Aussi l’ONAS et la SEGOR n’ont pas prévus dans leur contrat, une qualité garantie des boues stabilisées. Il en résulte qu’on n’attribue aucune importance si les boues sont bien minéralisées ou non. Ceci cause des nuisances olfactives sur les lits de séchage et entrave la déshydratation mécanique.

Problème de réseau et de qualité d’entrant

4. A l’entrée de la STEP, le taux de salinité est élevé (près de 6.000 µS/cm). Il faut s’attendre à ce que cela conduise à une légère perturbation de l’épuration biologique. Cela s’explique par le fait qu’une salinité élevée dans le milieu ambiant demande une activité microbienne accrue pour stabiliser l’équilibre hydrostatique au sein de la membrane cytoplasmique. En d’autres mots, une partie de l’énergie des bactéries est investie dans la protection contre la pression osmotique plus grande du milieu ambiant et n’est plus disponible pour l’épuration des eaux usées proprement dite. En général, c’est l’élimination du phosphore qui est inhibée en premier lieu par ce phénomène, suivie par l’élimination du carbone. L’élimination de l’azote est la moins sensible à des taux de salinité élevés, mais elle est aussi ralentie à un certain degré.

Sécurité du personnel

5. Des garde-corps protégeant le personnel contre les chutes n’existent pas partout.

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6. Plusieurs caillebotis sont fortement corrodés et représentent un danger non négligeable, tant pour le personnel que pour les visiteurs de la STEP.

3 RECOMMANDATIONS AU SUJET DE LA SOUS-TRAITANCE

Le contrat de sous traitance actuel sur 5 ans, est déjà périmé. Un additif d’une année a été établi allant jusqu’à mai 2013 en attendant un nouveau type de contrat. L’ONAS s’oriente actuellement vers l’établissement d’un nouveau contrat du type concession sur une douzaine d’années. L’élaboration de ce contrat de concession est en cours. Par ailleurs l’ONAS a adressé une demande d’assistance de la BEI pour l’élaboration du nouveau contrat type. Les recommandations à mentionner dans le contrat avec le privé, que ce soit dans le cadre d’une sous traitance ou d’une concession, se résument comme suit pour les différentes filières de traitement:

Tableau 10: recommandations à mentionner dans le contrat avec le privé

Unité A ajouter dans le contrat de sous traitance ou de concession

Affichage des performances Les résultats des mesures et analyses du mois courant et du mois passé devraient être affichés aussi bien pour les eaux brutes que les eaux épurées, sous forme de courbe ou de tableaux pour les paramètres suivants : Débit journalier, DBO5, DCO, MES, Transparence, Azote total, Phosphore total et Germes pathogènes

Désodorisation  Mesurer les teneurs en H2S à proximité de l’installation de traitement des odeurs. Cette teneur ne doit pas dépasser 0,4 ppm à l’extérieur de la station d’épuration  Mesurer la pression d’air en bas du biofiltre. Elle ne doit pas dépasser 150mm. dégrilleurs  Evacuer les déchets de dégrillage quotidiennement et au plus tard après 3 jours au grand maximum vers la décharge.Souppoudrez de la chaux en poudre par temps chaud sur les détritus de dégrillage en cas de prolifération d’insectes ou de mauvaises odeurs. Déssableurs  Evacuer les déchets du dessableur quotidiennement et au plus tard après 3 jours au grand maximum vers la décharge. Bassin d’activation Maintenir les teneurs en oxygène dans les bassins d’activation entre 1 et 2 mg/l. Installation de Mettre en marche l’installation de déphosphatation chaque fois que c’est nécessaire déphosphatation (dépassement de la norme) Clarificateurs Assurer l’entretien et le nettoyage des rigoles et déversoirs. Pompage des boues de Recirculer les boues activées proportionnellement aux débits d’arrivées des eaux brutes. retour Pompage des boues en Maintenir la concentration des boues activées dans les bassins d’aération en rapport avec la excès charge massique prévue Epaississeurs Vider les boues épaissies des épaississeurs en une seule fois sur les lits de séchage. Lits de séchage Préciser les opérations d’entretien à faire sur les lits de séchage et particulièrement les évacuations régulières des boues séchées et dès que celles-ci sont sèches, le nettoyage des surfaces des lits de séchage et l’appoint en couche de sable. Vider quotidiennement les lits de séchage autant nécessaire pour de nouveau remplissage. Déshydratation mécanique Faire usage en premier des lits de séchage pour le séchage des boues, puis faire recours à la déshydratation mécanique en second lieu.

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Station de pompage des  Assurer le pompage des eaux épurées vers la baie de Sabra au moment des marées eaux épurées sortantes vers le littoral.  Le déversement des eaux épurées vers l’oued Mrazig ne peut avoir lieu qu’exceptionnellement qu’en cas de panne de la station de pompage des eaux épurée.

Bassin de régulation des Assurer une vidange pour entretien du bassin au mois une fois par an : au mois de mai avant eaux épurées la campagne de réutilisation des eaux épurées Certains aspects de contrôle et d’analyse sont importants et doivent être mentionnés dans les contrats de sous traitance ou de concession, comme indiqué dans le tableau suivant :

Tableau 11: Aspects de contrôle et d’analyse à mentionner dans les contrats de sous traitance

Unité Fréquence A ajouter dans le contrat de sous traitance ou de concession par mois Echantillonnage  Le prélèvement des échantillons doit être de préférence - proportionnel au débit.  Assurer l’entretien régulier et la maintenance des échantillonneurs Paramètres hors garanties à T°, matières décantables 2h, contrôler dans les eaux brutes Paramètres hors garanties à Conductivité, matières décantables 2h, transparence (Secchi) en cm, contrôler dans les eaux épurées Paramètres hors garanties à 8 (intervalle Volume des boues 1/2h (ml/l), concentration en boues (mg/l) contrôler dans les boues minimale de activées. 72h) Paramètres hors garanties à 2 fois par an Hg, Cr, Cd, Cu, Ni, Zn, Pb contrôler dans les eaux brutes et épurées.

Paramètres de garanties 8 (intervalle DBO5, MES, DCO, contractuels dans les eaux minimale de épurées 72h) Paramètres de garanties 4 azote total, Phosphore total, Coliformes fécaux, streptocoques contractuels dans les eaux fécaux, vibrions cholériques et salmonelles épurées Paramètres de garanties 4 Matières volatiles en % contractuels dans les boues stabilisées Paramètres de garanties 12 Siccité en % contractuels dans les boues déshydratées

Certains aspects communs de maintenance et d’entretien sont importants et sont à mentionner dans les contrats de sous traitance ou de concession, comme indiqué dans le tableau suivant :

Tableau 12: aspects communs de maintenance et d’entretien à mentionner dans les contrats de sous traitance

Unité A mentionner dans le contrat de sous traitance ou de concession

Fiches de contrôle de routine Ils seront réalisées selon un programme fixé à l’avance définissant les fréquences des opérations d’entretien à périodes fixes ou en fonction de la durée de fonctionnement des équipements. Ils seront effectuées conformément aux instructions de fonctionnement fournies par les constructeurs et portent notamment sur :  Les opérations d’inspections et de contrôle de routine

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 Contrôle du bon fonctionnement  Contrôle des performances des équipements incluant les manœuvres des organes qui ne fonctionnent pas de manière régulières (robinet, vannes, pompes, système d’alarmes etc.  Contrôles des conduites Sur ces fiches de maintenance préventive de chaque équipement il sera indiqué toutes les opérations d’entretiens préventifs de tous les organes selon les fréquences J : Journalier, H :hebdomadaire, M : mensuel, T :trimestriel, S :semestriel ou A :annuel Les opérations de contrôle de routine seront reportées sue un planning général et sera affiché à la salle de commande. Fiches de maintenance Ils seront réalisées selon un programme fixé à l’avance définissant les fréquences des préventive opérations d’entretien à périodes fixes ou en fonction de la durée de fonctionnement des équipements. Ils seront effectuées conformément aux instructions de fonctionnement fournies par les constructeurs et portent notamment sur :  Les opérations de graissages, de vidanges, de peinture et de nettoyage des équipements.  Les contrôles, étalonnages, réglages, essais et vérifications périodiques nécessaires des équipements etc.  Changement des pièces d’usure courante Sur ces fiches de maintenance préventive de chaque équipement il sera indiqué toutes les opérations d’entretiens préventifs de tous les organes selon les fréquences J : Journalier, H : hebdomadaire, M : mensuel, T : trimestriel, S : semestriel ou A :annuel Les opérations d’entretien seront reportées sue un planning général et sera affiché à la salle de commande. Maintenance curative L’exploitant est tenu d’effectuer toutes les opérations de maintenance curative ordinaire suite à un signalement de défaillance survenue subitement au niveau des équipements ou à la suite d’une intervention programmée de révision ou d’entretien. Ces interventions curatives (ou dépannages) seront à la charge de l’exploitant jusqu’à une limite financière plafonnée et décidée d’un commun accord avec l’ONAS.

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4 FORMULATION DES INTERVENTIONS NÉCESSAIRES

Lors des multiples visites et entretien avec les exploitants et le chargé des projets, on a noté qu’il faut:

 remplacer certains équipements électriques et/ou mécaniques  mieux gérer l’aération pour l’élimination de l’azote  ajouter une installation de déphosphatation  mettre en place d’une installation de désinfection  remettre en état des lits de séchage pratiquement colmatés  remettre en route la nouvelle installation de déshydratation mécanique  assurer une formation et une assistance au personnel concerné par l’exploitation Il n’est pas intéressant d’apporter beaucoup de modifications (surtout du génie civil) du procédé installé à la station d’épuration de Bizerte pour introduire la digestion anaérobie (moins gourmande en énergie) sauf à la limite lors de l’extension de la capacité de la STEP. Toutefois la station d’épuration reçoit des eaux du grand Bizerte, c'est-à-dire des agglomérations de Zarzouna, Menzel Abderrahmane, Menzel Jamil et Errimel. Ces eaux usées passent par un parcours trop long. Il serait plus raisonnable que quand la STEP sera surchargée, il vaut mieux à ce moment là, construire une nouvelle station sur la rive droite du canal, c'est-à-dire dans la région de Menzel Jamil ou Menzel Abderrahmane.

Les détails sont proposés dans les sections suivantes.

4.1 DEGAZAGE-DESODORISATION

Un bassin de 185 m3 de capacité est aéré pour assurer le dégazage, l’enlèvement des gaz malodorants et particulièrement l’H2S. Le temps de séjour des eaux usées brutes dans le bassin de dégazage est de 10 minutes. Le système de surpression d'air (mis en service en 1997) d’une capacité de 300 m3/h est actuellement défectueux.

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Il donc est nécessaire de remplacer :

 La tuyauterie d’air surpressé  Les diffuseurs d’air  Le câblage L’installation de désodorisation limitrophe au bassin de dégazage s’appuie sur un traitement des odeurs par vaporisation d’un déodorant. Cette installation est hors service, vétuste et plusieurs équipements sont démontés.

Photo 2: Etat de quelques équipements à la station d’épuration de Bizerte

Propositions :

Procédures opérationnelles et Equipements requis

 Couvrir le bassin de dégazage.  Aspirer l’air vicié par un aspirateur 350 m3/h, avec une alerte sonore et visuelle en cas de panne.  Construire un bio-filtre pour le traitement des odeurs ne nécessitant pas de consommation de produits chimiques coûteux.

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 Mettre en place des pulvérisateurs d’eau pour l’arrosage et l’humidification du matériau de remplissage filtrant.  Equiper d’une armoire de commande et d’automatisme avec des électrovannes.  Acquisition d’un appareil de mesure de la teneur en H2S Contrat de service

 Il est recommandé d’ajouter dans le contrat de sous-traitance ou de concession un paragraphe pour la bonne exploitation et l’entretien de cette unité de désodorisation. Organisation ONAS

 Vérification ONAS de l’engagement de SEGOR en opération et maintenance et de l’état des équipements.  Selon le contrat entre L’ONAS et SEGOR, les opérations d’entretien et de maintenance sont spécifiées et plafonnées à 1000 DT. Tous travaux de maintenance supérieurs à ce plafond sont prix en charge par l’ONAS.

4.2 DEGRILLAGE

Les 2 dégrilleurs installés à la station d’épuration de Bizerte sont hors service et dans un état caduc et de ce fait ils sont hors service. Ils ne sont pas équipés de sondes ultrasoniques pour la mesure des différences de niveau (amont et aval) de la grille pour permettre sa commande en automatique en fonction de l’arrivée des eaux brutes. Ces dégrilleurs (construits en 1997) sont abandonnés et leur remplacement est nécessaire.

Propositions :

Procédures opérationnelles et Equipements requis 1. Deux nouveaux dégrilleurs complet de 1m de largeur chacun avec un espacement de 6 mm. 2. Installer des sondes de mesure de niveaux amont et aval avec ses accessoires. 3. Remplacer la vis de transport et de compactage des détritus 4. Remplacer les 4 vannes murales de 1000 mm. 5. Changer tout le câblage

Photo 3:Dégrilleurs de la station d’épuration de Bizerte

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4.3 DESSABLAGE

Les deux déssableurs-déshuileurs sont des doubles couloirs aérés et hors service.

Avec les données des dimensionnements des ouvrages de la STEP, les valeurs de dimensionnement du dessableur sont comme suit :

 Débit maximal en temps de pluie : Qmax = 2.625 m³/h  Superficie du dessableur S = 161,2 m²  Charge hydraulique superficielle Cs = 16,28 m/h La charge hydraulique superficielle devrait être selon Kalbskopf (1966) (ATV Handbuch mechanische Abwasserreinigung) entre 17 et 28 m/h. Les caractéristiques techniques (le temps de séjour et la vitesse horizontale) laissent prévoir un bon rendement de séparation des sables d’un diamètre supérieur à 0,2mm.

Figure 3: Charge superficielle pour les déssableiurs

L’aération des déssableurs est surdimensionnée elle est de 2,6 m3 air/m3 de bassin / heure au lieu de 0,5. En effet trop d’air aidera les sables à quitter le dessableur et se retrouvera dans les bassins ultérieurs (bassins biologiques etc.) Il y a lieu de réduire le débit d’air surpressé.

Le jour de la visite du mois d’octobre, le premier dessableur-déshuileur est vide, plein de sable à évacuer.

Quand au second dessableur-déshuileur, les eaux usées y transitent, il est donc plein mais les pompes d’aspiration du sable sont démontées, donc non fonctionnel.

Photo 4: Etat du dessableur-déshuileur

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Il est important que le dessableur fonctionne correctement et élimine la plus grande partie du sable, sinon on retrouvera tout ce sable dans les bassins d’activation qu’il sera beaucoup plus difficile, fastidieux et plus coûteux de les évacuer avec tous les désagréments qui en découlent.

Propositions :

Procédures opérationnelles et Equipements requis

 Réduire le débit d’air surpressé, en installant des variateurs de fréquences.  Changer la vanne de sortie du dessableur  Mettre en place un automatisme (un simple programme par minuterie) pour le fonctionnement du dessableur  Changer tous les câbles Sécurité du personnel

 Mettre en place des gardes corps pour la protection du personnel contre les chutes Contrat de service  Mise en place d’une procédure opérationnelle – SEGOR/ONAS Maintenance

 Vérification des actions de maintenance - ONAS

4.4 BASSINS D’AERATION

C’est dans ces unités de traitement qu’il y a la plus grosse consommation d’énergie.

Sur les 24 000m3 de volume de bassins disponibles, seul deux petits bassins sont maintenus en réserve soit 2x3000 m3 vide et 18 000 m3 de bassin en service, compte tenu que la charge entrante à la station d’épuration n’a pas encore atteint sa valeur maximale.

La boue activée dans les deux files d'oxydation est aérée par les aérateurs de surface.

A l’heure actuelle, le démarrage simultané de 2 aérateurs cause des problèmes en raison des pointes de consommation d’électricité que cela occasionne et qui entraînent le paiement de pénalités au fournisseur d’électricité.

Photo 5: Schéma du bassin d’aération

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Les 2 séries de 4 bassins d’aération sont équipés de 16 aérateurs de surface à vitesse rapide (987 t/min) mais ne sont pas équipés d’agitateurs propulseurs.

Les aérateurs peuvent être asservis par les oxymètres installées dans les bassins d'activation, mais les exploitants assurent le fonctionnement des aérateurs par horloge. On essaie de maintenir, autant que possible, la concentration en oxygène entre 1 et 2 mg/l. L’exploitant a adapté un programme d´aération pour atteindre autant que possible ce but.

Chaque moteur d’entraînement de láérateur développe une puissance de 63 kW. Le mode de démarrage est étoile/triangle. Le temps de fonctionnement est en moyenne 10h/j de marche et 14h/j d’arrêt. La capacité dóxygénation dún aérateur à turbine de surface en eau claire est de 93,5 kg O2/h.

Pour une évaluation de ces besoins énergétiques, les considérations fondamentales suivantes sont à faire.

En règle générale, la valeur pour l’apport requis d’oxygène pour l’aération des bassins d’aération est d’environ 1,5 kgO2/kgDBO5 pour la seule élimination du carbone. Cette valeur s’élève à environ 2,5 kg O2/kg DBO5 pour l’élimination simultanée du carbone et de l’azote.

D’un côté, la STEP de Bizerte est en mesure de réaliser une nitrification, et que de l’autre côté l’élimination d’azote est certainement réduite pendant les mois d’hiver, on peut envisager une demande en oxygène de 2,0 kgO2/kgDBO5.

L’efficacité de l’apport en oxygène dans la mélange eaux usées / boues au moyen d’aérateurs à brosse / de surface s’élève le plus souvent à environ 1,4 kgO2/kWh.

Si un rendement en oxygène de 1.0 kg / kWh est utilisé on obtient environ 30kWh / habitant / an.

Si l’on présume que la consommation additionnelle d’électricité pour l’opération des pompes de recirculation des boues et des groupes électropompes divers représente un pourcentage additionnel de 25 %, s’ensuit donc un besoin en électricité total d’environ 30 x 1,25 = 37 kWh/EH/an

La STEP de Bizerte présente un besoin énergétique qui peut être couvert par les aérateurs mis en place.

Lásservissement actuel de láération contient 16 cycles dáération. Pendant la journée, le cycle comporte une demi-heure de fonctionnement des aérateurs de surface et une heure dárrêt. Pendant la nuit, c’est l’inverse : le cycle dáération en une heure dáération et une demi-heure dárrêt des aérateurs. L’aération est donc moins intense pendant le jour quand la pollution est plus importante. Le programme d’aération est donc plutôt adapté à la tarification de l´énergie que le besoin dû aux variations de charge à l’arrivée de la STEP.

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L’efficacité de l’apport en oxygène dans la mélange eaux usées / boues au moyen d’aérateurs de surface s’élève le plus souvent à environ de 1 kgO2/kWh. En général, les aérateurs de surface en service offrent un rendement d’aération beaucoup plus faible que les systèmes modernes à insufflation d’air. La possibilité de faire des économies d’énergie est considérable si on change le système d’aération de surface actuel par un système d’aération par fines bulles.

Dans le cadre de la coopération avec la Banque allemande d’investissement il est prévu de financer une action dans ce sens dans le cadre d’économie d’énergie.

L’âge actuel des boues activées pendant l’hiver est de 7 jours et est inférieur à la valeur nécessaire pour obtenir une stabilisation des boues en hiver (env. 20 jours). Par conséquence on n’atteint une bonne stabilisation des boues qu’en été.

La concentration des boues dans les chenaux d’activation est en moyenne de 4,7 g/l. La couleur de la boue activée est normale mais légèrement foncée. La concentration des boues activées varie sérieusement entre 3,0 et 6,0 g/l. Cette variation provoque des conditions de charges organiques, d’âges des boues variables et un degré de stabilisation des boues très variables et pas satisfaisant.

Le volume des boues après une demi-heure de décantation est en moyenne élevé : 700 ml/l, entre autre probablement à cause de la salinité élevée des eaux usées.

Propositions :

Contrat de service

1. Revoir les termes du contrat avec le sous traitant pour non seulement assurer une bonne qualité des eaux purées, mais aussi une bonne stabilisation des boues (réduction du pouvoir fermentescible et des matières organiques ainsi que le séchage des boues). Procédures opérationnelles et Equipements requis

2. Sans mesure du taux d’oxygène, le fonctionnement sur horloge ne permet pas de vérifier l’efficacité de l’aération gérée par horloge. Il est recommandé de mettre en place des oxymètres avec un asservissement de l’aération, pour maintenir la zone aérobie entre 1 et 2 mg/l d’oxygène quelque soit la charge polluante entrante durant toute la journée. 3. Mettre en place 2 appareils de mesure du potentiel Redox pour optimiser le contrôle de la dénitrification.

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4. Equiper tous les 8 bassins d’aération d’agitateurs mécaniques. 5. Prévoir le laboratoire de la STEP d’un oxymètre portable pour la station et effectuer des mesures d’oxygène à des intervalles réguliers est un minimum requis. 6. Mettre en place une installation de déphosphatation simultanée. Organisation ONAS

Il est suggéré de mettre en place une unité, à l'ONAS (au niveau central) pour palier à cette insuffisance de bonne gestion des aérateurs, bon entretien et étalonnage des équipements de mesure et d’asservissement. Cette unité ou structure assurera, l'entretien, l’étalonnage et surtout la vérification du bon fonctionnement avec des spécialistes bien formés sur le fonctionnement et l'entretien des appareils de mesure.

Réseau

Réduire des intrusions des eaux de nappe phréatique au niveau du réseau de la vielle ville de Bizerte pour réduire les sels qui perturbent le procédé biologique.

4.5 CLARIFICATEURS CIRCULAIRES

Actuellement deux nouveaux clarificateurs se sont ajoutés aux deux anciens pour garantir une meilleure décantation. Les quatre clarificateurs identiques d’un diamètre de 40 m assurent donc la décantation des boues activées de la STEP de Bizerte.

Chaque pont radial est équipé d’un racleur de fond en inox auquel est fixée une bande de raclage en caoutchouc ainsi que d’un racleur de surface en inox aussi. Une cloison siphoïde assure la rétention des flottants en inox et un déversoir en dents de scie permet de déverser les eaux épurées dans chaque clarificateurs.

Une brosse de nettoyage de la goulotte des eaux épurées est solidaire du pont. Cette brosse n’assure que le nettoyage de la partie du mur vertical du clarificateur.

La partie la plus encrassée (déversoirs) par les micros algues et divers déchets n’est pas nettoyée par cette brosse. Il est donc souhaité d’équiper le pont racleur par un système de nettoyage du côté déversoir.

Photo 6: Clarificateur de la station d’épuration de Bizerte

Le mode de fonctionnement des ponts racleurs est en continu, de même pour la recirculation des boues activées. Les clarificateurs ne sont pas équipés de « jupe centrale ».

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Les boues activées après décantation au clarificateur sont ré-circulées à une concentration de 10 g/l et un volume après 1/2h de décantation de 850 ml/l. La recirculation des boues activées se fait à concurrence de 70%.

La transparence des eaux épurées est en moyenne de 100 cm.

Propositions :

Procédures opérationnelles et Equipements requis

1. Ajouter une jupe centrale pour chaque clarificateur

2. Equiper les clarificateurs par des brosses pour le nettoyage des déversoirs de sortie des eaux épurées.

4.6 STATION DE POMPAGE DES BOUES DE RETOUR

Trois groupes électropompes (2+1) (anciennes) assurent la recirculation des boues activée en retour des deux anciens clarificateurs.

Les nouveaux clarificateurs sont aussi dotés d’une deuxième station de pompage (nouvelle) pour la recirculation des boues décantées vers l’ancienne station de pompage qui à son tour refoule le tout vers les bassins d’activation.

La capacité unitaire de ces pompes est de 220 m3/h. Le mode de fonctionnement est assuré par l’automate (horloge). Chacune des pompes fonctionne 15h/j en moyenne.

Les boues de retour sont concentrées à 7 g/l,

Le mode de fonctionnement des pompes est en discontinu. S’il n’y a pas de débit d’eaux brutes, les pompes ne sont pas démarrées.

Photo 7: Station de pompage des boues

Cette nouvelle station de pompage des boues de retour des nouveaux clarificateurs est équipée de 3 pompes (2+1) d’une capacité de 500 m3/h, alors que l’ancienne station de pompage est équipée de 3 pompes (2+1) aussi mais d’une capacité de 220 m3/h.

La nouvelle (deuxième) station de pompage des boues de retour (plus puissante) refoule vers l’ancienne (première) station de pompage (de moindre capacité), qui à son tour doit refouler le tout vers les bassins d’activation.

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L’ancienne station de pompage des boues de retour ne pourra donc pas prendre en charge en totalité les boues activées en retour.

Propositions :

Procédures opérationnelles et Equipements requis

Au lieu réhabiliter et mettre à niveau (calibrer) la première (l’ancienne) station de pompage des boues de retour pour pouvoir prendre en charge toutes les boues de retour, (compte tenue qu’elle n’est pas suffisante), il est proposé de refouler séparément les boues de retour de la deuxième (la nouvelle) station de pompage des nouveaux clarificateurs directement vers les bassins d’aération au lieu de passer par l’ancienne station des boues de retour.

4.7 POMPAGE DES BOUES EN EXCES

2 pompes (1+1) pour les boues en excès d’une capacité unitaire de 72 m3/h assurent le pompage des boues excédentaires vers l’épaississeur. Les pompes sont installées dans la même salle.

La deuxième pompe installée pour servir comme secours.

Photo 8: Equipements de pompage des boues

Les pompes fonctionnent en moyenne chacune 2h/j. Selon les exploitants le débit des boues en excès pompées journellement est en moyenne égal à 228 m3/j.

Le mode de fonctionnement des pompes est en discontinu. Il est géré par horloge avec une permutation circulaire.

Les débits sont mesurés à partir d’un débitmètre électromagnétique installé à cet effet et transcrits sur le rapport annuel. Mais comme le débitmètre est en panne la mesure du débit des boues en excès se fait actuellement par la mesure du temps de fonctionnement des pompes et de leur débit.

Le disjoncteur de calibre 250A est surdimensionné.

Les ampèremètres sont hors service.

Propositions :

Procédures opérationnelles et Equipements requis

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1. Mettre en place un débitmètre électromagnétique pour le comptage des boues en excès envoyés vers les 2 épaississeurs.

Maintenance à effectuer / à prévoir

2. Calibrer le disjoncteur ;

3. Remplacer les ampèremètres.

4.8 EPAISSISSEURS

Les 2 épaississeurs statiques de formes carrés assurent l’épaississement des boues.

Trois pompes (2+1) à boues épaissies d’un débit unitaire de 32 m3/h, pour refouler durant en moyenne 5h/j les boues épaissies à une concentration de 50g/l vers une nouvelle installation de déshydratation mécanique, sinon vers les lits de séchage.

Les eaux surnageantes sont évacuées gravitairement en tête de la STEP.

Propositions :

Rien à signaler

4.9 LITS DE SECHAGE

Il y a un problème grave de séchage des boues épaissies. C’est une contrainte grave à une bonne exploitation des la STEP de Bizerte. Non seulement la superficie des lits de séchage a été réduite de moitié (42 lits à 21 lits de séchage) lors de la réalisation de la STEP de Bizerte, mais il y existe en plus un très mauvais drainage des eaux des lits de séchage.

Six nouveaux lits de séchage identiques ont été ajoutés en 2010, ce qui porte la nombre total des lits à 27. Avec des lits de 36m de long et 18m de large on totalise une superficie totale de 17 496 m2. Soit un volume total de 6998 m3. En Tunisie la durée de séchage varie selon les saisons. En été elle est de 15 j alors qu’en hiver elle peut aller jusqu’à 45 j. En terme de bonne pratique d’exploitation on évacue les boues séchées des lits de séchage beaucoup plus en été pour avoir une réserve en hiver.

En moyenne on doit tabuler sur une rotation moyenne annuelle de 30 jours. L’ensemble des lits de séchage peut accueillir 233 m3/j. Compte tenu que la station dispose déjà d’une installation de déshydratation mécanique d’une capacité de 200 m3/j, il n’est pas nécessaire de prévoir une extension des lits de séchage.

La superficie très importante de chaque lit s’avère défavorable à leur bonne exploitation parce qu’il faut chaque fois plusieurs charges d’un épaississeur pour remplir un lit. L’épaississement préalable et l’alimentation séquentielle des lits nécessitent un temps plus long avant que le séchage proprement

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dit ne commence. Beaucoup de lits de séchage contiennent encore des boues liquides. Compte tenu de la grande superficie d’un lit l’exploitation se trouve contrainte de déverser les boues liquides épaissies à plusieurs reprises (sur plusieurs jours) afin de remplir un lit de séchage. Les lits de séchage reçoivent donc des couches superposées de boues liquides sur des boues existantes déjà sur le lit en cours de séchage. Cette pratique ne fait que freiner le séchage des boues.

Photo 9: Lits de séchage

Les lits de séchage sont donc trop grands pour assurer une exploitation optimale. Il est conseillé que lors de leur réhabilitation de partager chaque lit dans le sens de la longueur.

La nappe phréatique est très proche. Elle se trouve à 50 cm. Quelques sondages ont montré que l’étanchéité de la partie inférieure des lits de séchage n’est pas bonne.

L’évacuation des boues séchées ainsi que l’entretien des lits de séchage (désherbage) et l’apport d’une nouvelle couche de sable après chaque vidange des boues sèches sont insuffisants. La société privée qui exploite la STEP (Segor) soustraite l’opération de vidange et d’entretien durant la saison estivale. Segor intervient aussi avec ces propres moyens (engins BOB4) pour assurer l’évacuation des boues.

L’ajout d’une couche d’entretien de sable doit se faire toutes les trois vidanges des boues séchées. Il y a un stock de sable disponible pour apporter régulièrement une couche d’entretien des lits de séchage.

Propositions :

Procédures opérationnelles et Equipements requis

1. Réhabiliter entièrement les lits de séchage,

2. Diviser en deux les lits de séchage dans le sens de la longueur.

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3. Il y a lieu de prévoir au fond des lits de séchage une étanchéité par une première couche de géotextile puis deuxième couche de géomembrane et enfin une dernière couche de géotextile, compte tenu que la nappe phréatique est très proche.

Maintenance – Contrat de service

4. Les lits de séchage doivent être nettoyés régulièrement et manuellement pour un fonctionnement normal et efficace. Aussi l’entretien des lits de séchage inclus un désherbage régulier pour éviter le colmatage du substrat filtrant.

5. Besoin en personnel permanent pour l’entretien régulier des lits de séchage.

4.10 DESHYDRATATION MECANIQUE DES BOUES

Une installation de déshydratation mécanique par filtre presse de marque « Diemme » et d’une capacité de 200 m3j, a été réalisée en 2010 mais pas encore réceptionnée. L’entreprise n’arrive pas à obtenir les valeurs de siccité garanties dans le contrat compte tenu que les boues sont très organiques et pas assez stabilisées avec 67% de matières organiques. Le conditionnement des boues se fait par adjonction d’un poly-électrolyte et pas de sels métallique.

Pour une boue contenant 50% de matières minérales on peut espérer obtenir une siccité de 30% sans adjonction de produits minéraux. Pour un filtre presse, sans adjonction de produits chimiques minéraux (chaux et/ou chlorure ferrique) et pour une boue contenant 67% de matières minérales on peut espérer obtenir une siccité minimale de 18% avec les boues de Bizerte.

Les essais avec les boues de la station d'épuration de Bizerte avec le polymère seul sans additif chimique, on a obtenu une siccité de 21% pour une teneur en matière organique de 67%.

Il a été observé lors des essais de déshydratation à la STEP de Bizerte, avec le polymère seul « Zetag 8165 de CIBA », des difficultés de collage des gâteaux, généralement plus spongieux, et perte de temps dus aux lavages fréquents des toiles.

Un conditionnement chimique minéral est souvent recommandé pour les filtres presses dans le cas des boues très organiques, de façon à améliorer la déshydratation et éviter les difficultés fréquemment rencontrées à la station d'épuration de Bizerte par le conditionnement seul aux électrolytes : collage des gâteaux, généralement plus spongieux, et perte de temps dus aux lavages fréquents des toiles.

Propositions :

Procédures opérationnelles et Equipements requis

1. L’installation de déshydratation mécanique des boues par filtre presse doit être remise en route pour servir de secours aux lits de séchage. On doit se contenter d’une siccité de 21%

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qui pourrait s’améliorer et augmenter quand le fonctionnement de la STEP sera optimisé et les boues seront mieux stabilisées et moins organiques.

4.11 STATION DE POMPAGE DES EAUX EPUREES

La station de pompage SP3 pour les eaux épurées comporte 4 groupes électropompes d’un débit unitaire de 1000 m3/h dont 2 sur 4 fonctionnent 6 à 8h/j chacune. Soit un débit global refoulé chaque jour de 12000 à 16000 m3/j.

Les eaux épurées passent d’abords par la station de pompage SP3, qui refoule les eaux vers le goulet du lac de Bizerte au niveau de la baie de Sabra près du rejet de la cimenterie, puis les eaux non pompées sont stockées dans le bassin de stockage.

Les pompes donnent un débit plus faible que celui indiqué par le constructeur.

Propositions : Maintenance Réviser les pompes à eaux épurées.

4.12 BASSIN DE REGULATION DES EAUX EPUREES

Une fois les eaux usées sont traitées et non pompées par la station de pompage SP3 vers le goulet du lac de Bizerte au niveau de la baie de Sabra près du rejet de la cimenterie, elles passent vers le bassin de stockage.

Cet unique bassin d'un volume de 15 500 m3, sert comme un bassin de régulation, tampon et de retenu pour permettre le refoulement des eaux durant la nuit, et tenir compte des courants marin vers la mer.

Photo 10: Bassins de régulation des eaux épurées

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Ce bassin permet aussi une réserve tampon pour la réutilisation des eaux usées épurées en agriculture. Il est à signaler qu’il est très important d’assurer un entretien régulier et surtout au démarrage de la saison d’irrigation pour enlever les boues du fond du bassin. Une arrivée des eaux épurées noire en début de compagne est très négative.

La durée de stockage des eaux épurées dans le bassin de régulation est au minimum de 1 jour.

Propositions :

Procédures opérationnelles et Equipements requis

1. Faire un entretien régulier du bassin de stockage (vidange des boues sédimentées) et surtout avant le démarrage de la saison d’irrigation.

4.13 REUTILISATION DES EAUX EPUREES

Une partie des eaux épurées est réutilisée en été pour irriguer 5 ha seulement la dernière saison estivale 2010, alors que 174 ha de terres sont réalisés. Le CRDA sous tutelle du Ministère de l'Agriculture assure la distribution des eaux usées épurées pour irriguer les cultures des oliviers et des cultures fourragères.

Le besoin en eau pour l’irrigation dans la région de Bizerte est en moyenne annuelle de 3000 m3/an et par ha. Le besoin annuel serait théoriquement de 522 000 m3/an, soit 1430 m3/j ce qui représente 8% du débit total traité actuellement par la station d’épuration.

C'est ainsi qu’à Bizerte 50 000 m3 d'eaux épurées ont été réutilisées durant les 5 mois de l'été 2010, soit 0,5% du débit annuel traité.

Selon l’avis du Ministère de l’agriculture, il n’est pas prévu une augmentation des périmètres pour l’irrigation avec les eaux usées traitées compte tenu de la réticence des agriculteurs principalement à cause de la salinité élevée qui limite le champ de la liste des cultures à irriguer.

Proposition:

Réseau

1. La haute salinité des eaux (6000µS/cm) due aux intrusions des eaux saumâtres de nappe phréatique dans le réseau d’assainissement, ne permet pas une irrigation d’un large choix de culture. Il est proposé de renouveler certains tronçons du réseau d’assainissement, particulièrement dans la vieille ville de Bizerte pour réduire les intrusions des eaux de la nappe dans le réseau d’assainissement au niveau de la vielle ville (voir Rapport sur réseau d’assainissement).

Organisation ONAS

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2. La qualité des eaux épurées n’est pas toujours rassurante surtout en début de la campagne d’irrigation;

3. En coordination avec le Ministère de l’agriculture faire des campagnes de sensibilisation des agriculteurs pour adhérer à l’option de valorisation des eaux usées épurées ;

4.14 DESTINATION DES BOUES

Dans la pratique, son choix doit être étudié à la lumière du contexte local, tout comme les autres filières d'évacuation des boues. L'épandage doit en effet répondre à un besoin de l'agriculture, dans une zone géographique suffisamment proche de la station d'épuration pour le cas de la Tunisie.

L'épandage agricole a été privilégié du fait de son triple intérêt économique, agronomique et environnemental. Le monde agricole a d'ailleurs été très tôt associé à la définition de bonnes pratiques d'utilisation des boues. De fait, l'épandage, dans les conditions réglementaires, est aujourd'hui reconnu comme une filière très performante, tant du point de vue environnemental qu'économique. Pour autant, cette utilisation est conditionnée par la qualité des boues considérées.

Une norme tunisienne (NT 106-20) est parue en décembre 2002 avec une réglementation complétée par :

 D’un décret fixant les conditions et les modalités de gestion des boues provenant des ouvrages de traitement des eaux usées dans le domaine agricole du décret N°2007-12 du 3 janvier 2007  D’un arrêté conjoint du 29 décembre 2006. du Ministre de l’Agriculture et des ressources hydrauliques et du Ministre de l’Environnement et du développement Durable, portant approbation du cahier des charges relatif à la fixation des conditions d’utilisation et les modalités de leur gestion par l’exploitant agricole, des boues provenant des ouvrages de traitement des eaux usées dans le domaine agricole. Cette réglementation précise clairement :

 La qualité physico-chimique et microbiologique des boues réutilisables en agriculture comme fertilisant ;  Les cultures pouvant recevoir ces boues ;  Le plan d’épandage ;  Les responsabilités de chacune des parties concernées. Les boues de la station d’épuration de Bizerte ne sont malheureusement pas encore utilisées comme fertilisant en agriculture par manque de coordination entre les parties et surtout la sensibilisation des agriculteurs.

Les boues épaissies produites, environ 18 876 m3/an, sont envoyées vers les lits de séchages puis vers une décharge ou stockées sur une aire limitrophe aux lits de séchages. A défaut d’utilisation de ces boues, qui pourraient être une source de pollution de la nappe phréatique.

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Des actions plus vigoureuses sont nécessaires pour élaborer un programme pour sélectionner des sites agricoles pouvant profiter de ces boues et surtout pour mieux sensibiliser les agriculteurs, valoriser et absorber ces boues résiduaires produites par la station d’épuration de Bizerte.

Propositions :

Contrat de service

1. Revoir contrat dans le sens d’un engagement de l’exploitant privé pour bien traiter les boues pour qu’elles soient déshydratables facilement et valorisable.

Organisation ONAS

2. Identifications des sites agricoles potentiels pouvant recevoir les boues résiduaires comme fertilisantes dans le cadre de l’étude financée par la KFW.

3. Assurer une sensibilisation des agriculteurs pour les encourager à profiter des avantages des boues comme fertilisants.

4.15 TRAITEMENTS TERTIAIRES

Les objectifs principaux d'un traitement tertiaire sont la réduction de la pollution azotée, de la pollution phosphorée, la réduction de la charge microbiologique et les ramener aux valeurs exigées par la norme tunisienne. Ceci doit satisfaire aux objectifs de la qualité des effluents épurés rejetés dans le milieu récepteur à des fins de valorisation et réutilisation en agriculture mais surtout dans un but de dépollution du lac de Bizerte récepteur de ces eaux.

La norme tunisienne NT 106-02 pour les rejets hydriques dans le milieu marin exige entre autre:

Tableau 13: Norme tunisienne NT 106-02

Paramètres Concentrations unités NT 106-02 N-Khjeldahl 30 mg / l

NO2 5 mg / l NO3 90 mg / l Phosphore 0,1 mg / l Coliformes fécaux 2 000 NPP/100 ml Streptocoques fécaux 2 000 NPP/100 ml Salmonelles Absence Unités /500 ml Vibrions cholériques Absence Unités / 500 ml

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Actuellement, la législation en vigueur prévoit des valeurs limites de rejet du phosphore très stricte pour le Ptotal < 0,1 mg/l. Ces valeurs sont très difficiles à atteindre et nécessitent un effort technique et financier considérable. Pour atteindre les objectifs de cette étude, une approche réaliste, raisonnable et pragmatique est donc choisie.

Les traitements tertiaires ont pour but d'améliorer les caractéristiques d'une eau résiduaire après un traitement biologique. Selon le niveau du rejet final recherché, ou la réutilisation envisagée, la gamme des traitements mis enjeu est plus ou moins étendue.

On peut ainsi définir :

 l'affinage ou filtration, qui tend à réduire encore la teneur en MES et par conséquent les

polluants contenues dans ces MES, c'est-à-dire DBO5, DCO, N, P etc.…  la déphosphatation chimique, seule ou associée à une déphosphatation biologique,  la nitrification, avec ou sans dénitrification, si elle n'a pas été réalisée dans les étapes précédentes,  l'élimination de la DCO non biodégradable et des toxiques organiques ou minéraux,  l'élimination de la couleur et des détergents,  la décontamination, élimination des germes pathogènes et des parasites. Dans le cadre de l’optimisation d’exploitation et de mise à niveau d’une station d’épuration, l’objectif prioritaire est l’amélioration (nécessaire) de l’élimination de la pollution carbonée.

Dans la mesure du possible, les valeurs des normes en vigueur doivent être respectées. Un accent sera également mis sur l’élimination des éléments nutritifs (l’azote et le phosphore), pour protéger le milieu récepteur d’une éventuelle propagation d’algues et eutrophisation.

La révision des valeurs limites des normes tunisiennes est cependant en cours. Les normes révisées ne sont pas encore publiées.

Il y a lieu de faire attention que la norme tunisienne élaborée en 1989 (il y a plus de 23 ans), qui précise les concentrations en nitrates et en nitrite, et ne présente pas ces concentrations exprimées en azote : N-NO2 et N-NO3. On doit donc tenir compte des conversions suivantes :

1 mg de N-NH4+ Equivalent à 1,29 mg NH4+

1 mg de N-NO2- Equivalent à 3,29 mg NO2-

1 mg de N-NO3- Equivalent à 4,43 mg NO3-

On peut lire la norme tunisienne de deux façons : les valeurs en nitrites et nitrates ou en N-NO2 et N- - NO3

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Norme NT 106-02

5 mg NO2- Equivalent à 1,5 mg N-NO2-

90 mg NO3- Equivalent à 20,3 mg N-NO3-

La norme actuelle en Tunisie en matière germes pathogènes précise que les eaux qui sont rejetées dans les milieux récepteurs ne doivent pas contenir plus de :

Tableau 14: Norme tunisienne NT 106-02 en matière germes pathogènes

paramètres Valeurs Unités

Coliformes fécaux 2 000 NPP/100 ml

Streptocoques fécaux 2 000 NPP/100 ml

Salmonelles Absence Unités / 500 ml

Vibrions cholériques Absence Unités / 500 ml

Par contre pour la réutilisation des eaux usées traitées à des fins agricoles la législation tunisienne est moins sévère et n’exige pas une désinfection, sauf pour les Œufs de Nématodes Intestinaux dont la moyenne arithmétique doit être inférieure à 1 par litre.

Il est exigé donc des limites des concentrations pour les éléments nutritifs (N et P) et les germes pathogènes. Quand l’élimination des éléments nutritifs et des germes pathogènes est insuffisante ou inexistantes, il est nécessaire de mettre en place des systèmes pour répondre à ces impératifs par :

1. Elimination de l’Azote 2. Elimination du Phosphore (déphosphatation) 3. Elimination de germes pathogènes (désinfection) Dans tous les cas un bon traitement secondaire et une exploitation optimale en amont des traitements tertiaires préconisés sont des conditions nécessaires.

4.15.1 ELIMINATION DE L’AZOTE (VOIR ANNEXE II) L’élimination des formes d’azotes à la station d’épuration de Bizerte, peut se faire (très logiquement) en même temps que l’élimination de la pollution organique (carbonée) dans les bassins d’activation des boues.

L’azote présent dans les eaux résiduaires provient principalement des déjections humaines. Les urines contribuent largement à cet apport essentiellement sous forme d’urée, d’acide urique et

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d’ammoniaque. Par ailleurs les eaux de cuisines véhiculent des protéines comportant des acides aminés, et certains agents de surface (assouplissants), qui incluent dans leurs molécules des radicaux azotés.

L’azote des eaux usées est essentiellement constitué de :

 Azote organique ammonifiable ou réfractaire (sous forme soluble et particulaire)  Azote ammoniacal.

L’azote réfractaire est également appelé azote dur.

L’azote KJELDAHL (Nk), du nom du chimiste qui a mis au point le dosage, représente la somme de l’azote organique et de l’azote ammoniacal.

Selon le temps de séjour et la température, la proportion d’azote ammoniacal à l’entrée de la station d’épuration varie entre 50 % (réseaux courts) et 75 % (réseaux très longs), qui est le cas de la ville de Bizerte.

Des apports à dominante de formes oxydées et particulièrement de nitrates, peuvent exceptionnellement être observés lors des épisodes pluvieux en réseaux unitaires, ou lorsque des eaux parasites riches en nitrates s’infiltrent dans le réseau.

Les procédés d’élimination de l’azote

L’azote peut être séparé des eaux par différents mécanismes :

1. Physique (par décantation lorsqu’il est lié aux matières en suspension),

2. Physico-chimique (précipitation chimique ou stripping sous forme de gaz ammoniac lorsque le pH est basique, oxydations et réductions chimiques)

3. Biologique (incorporation aux bactéries produites, transformation en nitrates puis en azote gazeux lors des processus de nitrification-dénitrification).

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Dans les stations d’épuration biologique, les rendements liés aux mécanismes physico-chimiques sont très faibles comptes tenus de la composition des eaux résiduaires urbaines et des conditions du milieu. L’essentiel du traitement est lié à des processus physiques (décantation, séquestration) et surtout biologiques (assimilation, nitrification, dénitrification).

L’élimination biologique de l’azote s’opère en deux stades :

1. La nitrification

2. La dénitrification

Les conditions de nitrification sont les suivantes :

La nitrification se déroule en 2 stades, la nitritation et la nitratation.

La nitritation est réalisée par des bactéries nitreuses. Jusqu’ici, Nitrosomonas, en particulier, mais également Nitrosococcus et Nitrospira étaient considérées comme jouant un rôle prépondérant dans ce processus. La nitratation est le fait des bactéries nitriques du genre Nitrobacter.

Il est inévitable de passer d’abord par la nitrification en maintenant une teneur en oxygène entre 2 et 3mg/l durant 2/3 du temps de passage des eaux dans les bassins d’activation.

Les conditions de la dénitrification sont les suivantes :

 La teneur en oxygène dissous (milieu anoxie)  La charge organique carbonée  La température Le pH (entre 6,5 et 7,5) La dénitrification se réalise en maintenant une teneur en oxygène nulle c'est-à-dire anoxique et pas anaérobique durant 1/3 du temps de passage des eaux dans les bassins d’activation.

La station d’épuration de Bizerte s’apprête très bien non seulement pour une nitrification mais aussi pour une dénitrification, moyennant une optimisation de l’aération, une période aérée et une période d’anoxie.

Propositions :

Procédures opérationnelles et Equipements requis

1. Optimiser l’oxydation des formes d’azote par la nitrification en assurant une meilleure gestion de l’aération par une bonne exploitation des oxymètres pour maîtriser les zones aérées.

2. Optimiser l’élimination des formes oxydées d’azote par la dénitrification en assurant une meilleure gestion des zones anoxies par une bonne exploitation appareils de mesure du potentiel Redox à acquérir.

Contrat de service

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3. Insérer dans le contrat de sous traitance ou de concession un paragraphe mentionnant des garanties pour les concentrations maximales des différentes formes d’azote.

4.15.2 ELIMINATION DU PHOSPHORE (VOIR ANNEXE II) Le phosphore contenu dans les eaux usées d’origine domestique constitue un élément nutritif susceptible d’entraîner une croissance excessive d’organismes végétaux (algues, plantes aquatiques) et causer l’eutrophisation du milieu récepteur. Pour être enlevé des eaux usées, le phosphore doit être fixé à des solides qui pourront être séparés de l’effluent au moyen d’un processus physique.

Il est important de considérer la pollution résiduelle en phosphore rejetée par la station d’épuration de Bizerte en regard de la pollution diffuse (rejets naturel et agricole) en phosphore.

La pollution en phosphore rejetée par la STEP de Bizerte est évaluée à 24 t/an. Les quantités de fertilisants drainées vers le bassin atteignent les 1500 Tonnes/an. Un effort important est à faire en matière de réduction à la source des rejets d’éléments phosphorés d’origines agricoles.

En effet, il faut savoir qu’une directive Européenne impose dans les zones sensibles, qu’après épuration, les concentrations en phosphore doivent être inférieurs à :

 2 mg/l pour les agglomérations de 10 000 à 100 000 E.H.  1 mg/l pour les agglomérations de plus de 100 000 E.H, et un rendement de réduction égal ou inférieur à 80%. Il faut donc mettre en place de nouvelles techniques pour lutter contre cette pollution des eaux usées.

Les diverses analyses effectuées sur des échantillons d’eaux épurées sont présentées dans le tableau suivant en comparaison avec la norme tunisienne.

Tableau 15: Résultat de l’analyse du phosphore

Unité Valeur

Norme NT 106-02 mg/l de P 0,1

STEP Bizerte mg/l de P 1,2

La norme tunisienne limite actuellement les teneurs en phosphore à 0,1mg/l pour les rejets hydriques en milieu marin. Cette norme est en cours de révision et la version finale n’est pas encore divulguée, très probablement elle se rapprochera des directives européenne qui sont comme suit en comparaison des normes actuelles tunisiennes :

Tableau 16: Norme tunisienne NT 106-02 et directives européennes pour l’élément phosphore

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Norme tunisienne NT 106-02 Directives Européennes Eléments Unité DPM DPH ONAS 1000100000 EH

Phosphore (P total) mg/l 0,1 0,05 10 2 1

L’enlèvement du phosphore des eaux usées se fait essentiellement par précipitation chimique ou par voie biologique, mis à part certaines technologies particulières peu répandues faisant appel à divers mécanismes.

Déphosphatation Biologique

Les connaissances sur les mécanismes de déphosphatation biologique ont beaucoup progressé au cours des dernières décennies. La mise en œuvre de ces mécanismes peut prendre plusieurs formes différentes (PhoStrip, Bardenpho, Phorédox, A/O, UCT, RBS et autres). Elle fait appel à des connaissances spécialisées, tant pour la conception des installations que pour leur exploitation.

La plupart de ces procédés sont basés sur un traitement par culture en suspension ou boues activées avec une complexité additionnelle pour maintenir des conditions propices au développement de bactéries déphosphatantes. Ils nécessitent aussi une gestion appropriée des boues pour prévenir le relargage et le retour du phosphore dans la chaîne liquide.

Pour ces diverses raisons, la déphosphatation biologique, bien qu’elle présente des avantages intéressants au plan environnemental (peu ou pas d’ajout de produits chimiques, production de boues moindre), s’applique difficilement à des stations d’épuration existantes compte tenu qu’il faut prévoir un bassin anaérobie en amont.

Il est parfois préférable de s’orienter vers la construction d’une nouvelle station de déphosphatation physico-chimiques, plutôt que d’adapter une station déjà existante, à procédé d’élimination du phosphore par voie biologique dans une station d’épuration à boue activée.

Déphosphatation Chimique

La déphosphatation au moyen d’ajout de produits chimiques pour la précipitation du phosphore est une application du traitement physico-chimique. Celui-ci est alors adapté en fonction de la chaîne de traitement à l’intérieur de laquelle il doit être intégré. Il s’agit d’une technologie largement éprouvée.

L’élimination chimique du phosphore est réalisée au moyen de réactifs (sels de fer et d’aluminium, chaux) qui donnent naissance à des précipités ou complexes insolubles séparés de l’eau par des techniques de séparation de phases solide-liquide.

Cette précipitation chimique peut être réalisée en précipitation simultanée ou en post-précipitation. D’autres techniques sont actuellement en cours de développement.

Le produit le moins cher et le plus utilisé en Tunisie pour la déphosphatation des eaux usées est incontestablement le sulfate d’aluminium.

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La réaction entre le sulfate d’aluminium et les ions phosphates s’écrit de la façon suivante :

2- Al2(SO4)3 + 2 (PO4)3------> 2 AlPO4 (précipité) + 3 SO4

La quantité de produit à ajouter est pratiquement stœchiométrique. Il faut un atome d’aluminium pour précipiter à l’état solide un atome de phosphore.

Pour la précipitation des ions phosphates, l’élimination d’un gramme de phosphore conduit à 3,94 grammes de précipité de phosphates d’aluminium (AlPO4).

Pour le cas de la STEP de Bizerte, il n’y a pas d’espace suffisant pour construire des bassins pour la précipitation chimique du phosphore en amont de la clarification finale. On optera pour l’injection du produit déphosphatant en aval des bassins d’aération (les deux bassins), dans les bassins de réception existants de la liqueur mixte, avec l’installation de 2x2 mélangeurs pour assurer un bon mélange du déphosphatant avec la liqueur mixte.

En ce qui concerne le coût de fonctionnement de l’installation de déphosphatation chimique, il est étroitement lié à l’ajout des réactifs.

Pour un fonctionnement permanent, le surcoût est estimé à 25%. Il est également estimé qu’il est possible de faire une économie de prés de 50%, dans le cas de l’utilisation d’une méthode biologique (avec une méthode physico-chimique uniquement en traitement complémentaire).

Les frais de fonctionnement annuels pour la déphosphatation selon des ratios connus sont de l’ordre de 1 à 2% maximum du coût de l’investissement global de la station d’épuration.

Tableau 17: Déphosphatation chimique au sulfate d’alumine

Avantages Inconvénients Coûts

 Efficacité du procédé.  Formation de sous produit Investissements :  Précision de dosage, (20% en poids) ;  Bonne élimination du phosphore (80%)  Coût d’exploitation élevé en Equipement et génie civil : 90 000 DT  Sécurité par rapport au milieu récepteur ; produit chimique;  Peu de consommation d’énergie Frais d’exploitation :  Peu d’encombrement.  Faible technicité requise pour l'exploitant ; 315 000 DT/an  Coût d’investissement faible.

En additionnant les amortissements annuels (30 ans pour le génie civil et 10 ans pour les équipements) des investissements et les frais annuels d’exploitation (produit déphosphatant), on se rend compte qu’il faudra réserver un budget de 320 667 DT annuellement pour l’élimination du phosphore.

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Tableau 18: Coût de déphosphatation chimique

Critères Déphosphatation chimique

Investissement total en DT 410 000

Amortissement de l’Investissement en DT/an 5 667

Frais d’exploitation annuel en DT/an 315 000

Coût de comparaison en DT/an 320 667

Déphosphatation par des plantes aquatiques

Compte tenu des surfaces utilisées, on ne peut raisonnablement espérer un rôle significatif des végétaux. En conséquence de quoi, et pour garder le caractère extensif de la filière, de nombreuses recherches ont été réalisées sur l’utilisation de matériaux spécifiques pour retenir les orthophosphates par des mécanismes d’adsorption et de précipitation.

La rétention du phosphore par la filière classique de filtres plantés de roseaux n’est pas suffisante 40 –50 % au maximum) pour répondre à des contraintes fortes de rejet.

La déphosphatation à travers des bassins plantés nécessite :

 De grandes superficies  Un terrain pas cher ;  Un travail de faucardage pas toujours aisé ;  Contrôle de la prolifération des insectes (moustiques) Des techniques plus intensives sont en voie d’exploration, dont l’utilisation de massifs filtrants ayant une capacité importante de rétention de phosphore (ajout d’apatite …) et l’adjonction de réactifs chimiques tels que le chlorure ferrique. Même si les résultats obtenus sur des différentes expérimentations semblent très encourageants, de telles filières n’ont pas encore actuellement atteint la maturité technique.

Tableau 19: Déphosphatation par bassins plantés

Avantages Inconvénients

 Efficacité de la déphosphatation moyenne  Emprise au sol importante  Sécurité par rapport au milieu récepteur ;  Risque de prolifération d’insectes ;  Pas de formation de sous-produit nocif ;  Coût d’investissement élevé ;  Pas d’énergie  Exploitation pourrait être contraignante à cause de la  Intégration environnementale. difficulté du faucardage.  Pas de construction “en dur”, génie civil simple  Coût d’imperméabilisation supplémentaire possible.  Faible technicité requise pour l'exploitant.  Travaux de faucardage pénibles Ce procédé est applicable aisément pour l’élimination du phosphore dans les petites stations d’épuration, mais n’est pas recommandé pour les grandes stations d’épuration, en raison des superficies requises. La comparaison des procédés est comme suit:

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Tableau 20 : Comparaison des procédés

Procédé Naturel Biologique Physico-chimique (bassins plantés) Rendement instable : 50- Potentiellement très Élimination du phosphore Rendement 40 à 50% 60% poussé Superficie de terrain Bassin d’anaérobiose Système d’injection et de Coût d’investissement importante équipé stockage des réactifs Travaux de faucardage Coût de fonctionnement Faible Plus élevé fastidieux Production supplémentaire de Grandes quantités de Négligeable Meilleure décantablité boues déchets verts à évacuer Obligation de faucardage Souplesse d’exploitation Moyenne Très bonne régulier Qualité de la boue Inchangée Inchangée Meilleure décantabilité Impact sur le tassement des Epaississement par voie Inchangée Aucun boues mécanique obligatoire Impact de la composition de Moyen Fort Faible l’eau sur le rendement

Propositions :

Procédures opérationnelles et Equipements requis

1. Utiliser les 2 premiers petits bassins comme bassins anoxiques pour la réduction biologique du phosphore.

2. Mettre en place une installation de déphosphatation en précipitation simultanée, c'est-à- dire avec une injection d’un déphosphatant (Sulfate d’aluminium par exemple) en aval des bassins d’aération, c'est-à-dire dans le bassin des liqueurs mixtes, avant clarification. L’installation consistera en deux files de traitement.

3. Toutefois cette installation peut être arrêtée (sans difficulté) les jours où les teneurs en phosphore sont conformes à la norme. Il est évident que la mesure des teneurs en phosphore doivent faire partie des protocoles d’échantillonnage et d’analyses.

Contrat de service

4. Insérer dans le contrat de sous traitance ou de concession un paragraphe mentionnant des garanties pour les concentrations maximales en phosphore.

5. Le poste de déphosphatation ne nécessite pas une présence d’un personnel à plein temps. Un ouvrier passera une fois par jour pour contrôle, vérification et alimentation des bacs de préparation de la solution de sulfate d’aluminium.

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4.15.3 DESINFECTION DES EAUX USEES TRAITEES (VOIR ANNEXE II) On rappelle que la norme actuelle en Tunisie en matière germes pathogènes précise que les eaux qui sont rejetées dans les milieux récepteurs ne doivent pas contenir plus de :

paramètres valeurs Unités Coliformes fécaux 2 000 NPP/100 ml Streptocoques fécaux 2 000 NPP/100 ml Salmonelles Absence Unités/500 ml Vibrions cholériques Absence Unités/500 ml

De ce fait, pour protéger l’environnement immédiat de la région de Bizerte il est impératif de se conformer à ces valeurs en mettant en place des installations pouvant réduire ces pollutions microbiologiques à un niveau demandé par la norme NT 106-02 pour la protection du lac de Bizerte.

Par contre pour la réutilisation des eaux usées traitées à des fins agricoles la législation tunisienne n’exige pas une désinfection, sauf pour les Œufs de Nématodes Intestinaux dont la moyenne arithmétique doit être inférieure à 1 par litre.

Plusieurs technologies sont mises en œuvre dans le monde et en Tunisie aussi. On peut citer quelques stations d’épuration en Tunisie où on peut rencontrer des installations de désinfection :

Tableau 21: Procédé de désinfection dans différents station d’épuration

Station d’épuration Procédé de désinfection Mornag Filtration sur sable + UV Kélibia Filtration sur sable + UV Korba Bassins de maturation Bouargoub Bassins de maturation AFH Mrezga UV Mahdia Filtration sur sable + UV Tabarka Bassins de maturation Mornag UV El Haouaria UV Korbous UV Chebba Filtration sur sable + UV Hajeb el Ayoun Bassins de maturation El Mrissa Javélisation Oueslatia Bassins de maturation Haffouz Bassins de maturation Kairouan 2 Filtration sur sable + UV El Hancha UV Jerba Aghir Bassins de maturation

Les objectifs principaux d'un traitement tertiaire sont alors l'élimination des MES et la réduction de la charge bactériologique et la ramener aux valeurs exigées par la norme et adoptées dans la présente étude. Ceci doit satisfaire aux objectifs de la qualité des effluents épurés pour des fins de réutilisation en agriculture.

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Après traitement biologique et même traitement secondaire, il est encore nécessaire de désinfecter les eaux résiduaires avant rejet. La désinfection n’a de sens que si les eaux usées sont bien traitées et bien clarifiées au niveau secondaire.

Plusieurs procédés de désinfection peuvent être proposés. On peut citer par exemple :

La chloration, L’ultra Violet, L’éloignement du rejet par émissaire en mer, bassin de maturation, Ozone, micro filtration.

On n’abordera pas l’option du rejet par émissaire en mer ; compte tenu que La réglementation tunisienne précise la qualité des eaux à rejeter en milieu marin, que ce soit sur la cote ou en mer. C'est la même norme de rejet qui s'applique que ce soit, le rejet se fait en bord de mer (les plages) ou en mer (émissaire)

La conduite de rejet de la STEP de Bizerte devrait être prolongée de plus de 7 km, pour assurer une bonne dilution suffisante en mer (au moins 2 km en mer).

Les émissaires en mer sont trop coûteux pour finalement perdre ces eaux épurées (douces), et les mélanger avec les eaux salées de la mer, sans les valoriser et contribuer à l’économie nationale des eaux.

Ce n'est pas parce que les traitements dans les STEP sont insuffisants et ne peuvent assurer le traitement tertiaire, qu'on réalisera des émissaires en mer. Il est plus logique de régler le problème en amont, à la source et de réutiliser tant qu’on peut ces eaux épurées.

On n’abordera pas la désinfection par l’ozone, vu qu’il est plus coûteux en investissement et en énergie, et nécessitera une installation de production de l’ozone sur place.

On n’abordera pas non plus le traitement par micro filtration, vu la haute technologie qu’elle implique et les coûts aussi bien d’investissement que celui de l’exploitation (pièces de rechange, membranes et énergie).

Parmi les procédés de désinfection on se limitera aux plus courants et les plus abordables techniquement et financièrement :

Procédés extensifs

 Bassin de maturation Procédés intensifs

 La filtration pour une meilleure efficacité de la désinfection  Désinfection physique : L’Ultra Violet  Désinfection chimique : La Chloration (javellisation)

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4.15.3.1 Bassins de maturation Le procédé de désinfection par basins de maturation appelé aussi lagunage tertiaire ou lagunage de finition est aussi utilisé quand on cherche à désinfecter les eaux usées déjà traitées au niveau secondaire dans une station d’épuration conventionnelle même du type biologique intensif.

Le rôle essentiel des basins de maturation est d’abattre le nombre de germes témoins de contamination fécale.

La taille et le nombre de bassins de maturation dépendent des normes de rejet et de la qualité microbiologique souhaitée. Dans ces bassins, il n'y a pas de stratification biologique et physicochimique réelle comme dans les lagunes facultatives.

La faible profondeur des lagunes de maturation (de 1 à 1,5 mètres) est indispensable afin de permettre aux rayons du soleil de pénétrer jusqu'au fond du bassin et de maintenir le bassin dans des conditions d'aérobiose.

4.15.3.2 Filtration des eaux traitées en secondaires La filtration des eaux usées après traitement biologique de niveau secondaire est une solution souvent appliquée pour atteindre les objectifs suivants :

 élimination plus poussée des matières en suspension (MES) afin d'améliorer la qualité des effluents ;  élimination plus poussée des MES comme prétraitement en amont des procèdes comme par exemple : la désinfection par UV, procédés de traitement par membranes, filtration par charbon actif, etc.  élimination des MES y compris la réduction des teneurs en phosphore et métaux lourds moyennant le dosage des réactifs de précipitation ;  élimination des MES y compris des procèdes biologiques comme par exemple une nitrification et/ou dénitrification complémentaire ;  élimination optimisée des MES y compris la réduction des substances faiblement biodégradables ;  élimination des MES y compris une décoloration des eaux usées.

Pour l'élimination des MES, c'est surtout la filtration qui présente une solution efficace, permettant la réduction de celles-ci jusqu'à des valeurs de concentration inférieures à 5 mg/l.

Il existe encore d'autres procédés pour la réduction des MES mais avec des rendements inférieurs à ceux assurés par la filtration. On peut citer ici les micro-tamiseurs, qui peuvent assurer une réduction d'environ 50 % de la concentration initiale en MES. C'est à dire pour notre cas, avec une concentration en MES de l'effluent épuré de 30 mg/l, cette concentration pourra être réduite par micro tamisage jusqu'à environ 15 mg/l. Un micro tamisage permet seulement une filtration superficielle, ce qui explique le rendement relativement réduit par rapport à celui d'une filtration à sable.

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Pour cette dernière, l'effet de filtration se déroule à l'intérieur du matériau du filtre et pas seulement en surface. Ainsi, des processus de floculation et des effets d'adsorption entraînent la rétention dans le filtre même des particules ayant une taille inférieure à la taille moyenne des pores du filtre, ce qui n'est pas le cas pour les micro-tamiseurs.

Le procédé de désinfection par filtration sur sable comporte des avantages comme il a certains inconvénients. Le tableau ci-après énumère quelques uns de ces aspects y compris les coûts d’investissement et d’exploitation

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Tableau 22: Filtration sur sable

Avantages Inconvénients Coûts

 Sécurité par rapport au milieu  Coût d’investissement élevé : Investissements : récepteur  Nécessité de bassin de stockage des  Pas de formation de sous produit. eaux de lavage ; 6,4 DT/EH  Faible emprise au sol ;  Devenir du sable à terme incertain.  Rapidité de mise en œuvre ; 1 600 000 DT  Peu d’énergie Frais d’exploitation :

20 000 DT/an

Propositions :

Procédures opérationnelles et Equipements requis

1. Mettre en place une installation de filtration sur sable pour assurer une meilleure efficacité du traitement de désinfection.

2. Toutefois cette installation peut être arrêtée (sans difficulté) les jours où les teneurs en MES répond aux exigences de qualité des eaux traitées en secondaire avant le traitement de désinfection proprement dite.

Contrat de service

3. Insérer dans le contrat de sous traitance ou de concession un paragraphe mentionnant des garanties pour les concentrations maximales en MES des eaux filtrées.

4.15.3.3 Désinfection aux rayons Ultra Violets Le rayonnement ultra violet est une forme de rayonnement électromagnétique comme l’infra rouge, les rayons x, et la lumière. Il se situe entre la lumière visible et les rayons x dans le spectre électromagnétique.

Il se divise en trois bandes de longueur d’onde, selon l’effet qu’il produit sur les tissus vivants, soit UV-A, UV-B et UV-C.

L’UV-A (315 à 400 nm) : sont les rayonnements les moins nuisibles, ces rayonnements ont un faible pouvoir bactéricide ne provoquant pas l’érythème cutané.

L’UV-B (280 à 315 nm) : Ces rayonnements peuvent êtres émis par des lampes à vapeur de mercure. Ils provoquent des lésions érythémateuses cutanées, mais ils ont un pouvoir bactéricide moyen.

L’UV-C (200 à 280 nm) : Ces rayonnements provoquent de faibles lésions érythémateuses cutanées, mais ils ont un pouvoir bactéricide très fort, correspondant à la raie de résonance du mercure. Les lampes UV-C sont utilisées pour le traitement des eaux usées.

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Ces rayonnements à une longueur d’onde de 254 nm, à énergie photonique élevée ont la particularité d’être absorbées par les acides nucléiques (ADN – ARN) et d’agir directement sur les chaînes nucléotides.

Avantage et inconvénients de la désinfection par l’UV

Par sa simplicité et son efficacité, la stérilisation par ultraviolet est une solution très attrayante. Il faut toutefois aussi être conscient des limites de cette technologie.

Le procédé de désinfection par les rayons Ultra Violet comporte des avantages comme il a certains inconvénients. Le tableau ci-après énumère quelques uns de ces aspects y compris les coûts d’investissement et d’exploitation.

Tableau 23: Désinfection par Ultra Violet

Avantages Inconvénients Coûts

 Les UV sont reconnus comme  L'intensité produite par les lampes UV Investissements : constituant une méthode est décroissante dans le temps ce qui supérieure de désinfection, si on la diminue l'efficacité de ces derniers Soit 350 000 DT pour la STEP de compare aux autres procédés de  Toutes matières solides en suspension Bizerte. désinfection. affectent le rendement des lampes UV.  Les UV ne sont pas nocifs. Il n'y a  Reviviscence bactérienne possible pas à manipuler de composés  Influence de la turbidité et de la salinité chimiques dangereux. Les résultats (encrassement des tubes) ; Frais d’exploitation : sont immédiats.  Vieillissement des lampes et donc  Présentent un coût d'investissement évolution de l'activité dans le temps (65 Les frais d’exploitation sont de faible, également lors de l'utilisation % après 8000 h pour les lampes ; 40 000 DT/an pour la STEP de  Aucun sous produit n'est formé,  Nécessité de concentration en MES < 25 Bizerte dont 55% pour le aucune substance toxique n'est mg/l ; renouvellement des lampes et relâchée dans l'environnement.  Nécessité d’une turbidité en entrée < 10  Facile à entretenir et à installer NTU ; 45% pour l’énergie.  La maintenance est simple et rapide  Nettoyage des tubes journalier.  De plus en plus utilisé  Nettoyage chimique des tubes tous les 3  Compacité de l’unité ; mois.  Longue durée des lampes ;  Consommation d’énergie des lampes est de 40W/m3.

4.15.3.4 Désinfection chimique La désinfection à l’hypochlorite est la plus anciennement utilisée mais non recommandé, car avec la présence de l’NH4 il y a formation de la Chloramine : produit cancérigène. Ce procédé donne donc lieu à des sous-produits toxiques. Il y a aussi risque de réviviscence des micro-organismes pathogènes.

 L’E. coli est un mauvais indicateur d’efficacité du traitement de la désinfection par chloration.  Nécessité d’une élimination poussée du NH4 et des MES, autrement dit les eaux à la sortie du traitement secondaire doivent être impérativement de bonne qualité.  Importance de la qualité du mélange et de l’hydraulique du bassin de contact Les doses habituelles de désinfection par des produits à base de chlore sont de 12 g / Cl2 / m3.

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L’abattement qu’on peut espérer en coliformes fécaux pourrait être entre 2,2 et 5 Unités log.

La plupart des micro organismes pathogènes sont éliminés, à condition d'assurer un temps de contact suffisant (CT). Cependant, aux doses habituelles il demeure inefficace contre les kystes amibiens et les œufs de certains parasites intestinaux.

Pour ce faire, il est souvent recommandé d’améliorer la qualité des eaux épurées en réduisant les MES pour une meilleure efficacité de la désinfection.

Le procédé de désinfection à l’hypochlorite (eau de javel) a certains avantages comme il a certains inconvénients. Les coûts d’investissement ne sont pas très importants comme on voit sur le tableau ci-après.

Tableau 24: Désinfection par chloration

Avantages Inconvénients Coûts

 Permet un abattement  Résistance de certaines bactéries, certains virus Investissement bactériologique de 1 à 3 log, et parasites au chlore notamment les lorsque la turbidité est protozoaires lorsqu’ils sont enkystés (Giardia, 70 000 DT inférieure à 0,3 Cryptosporidium, Entamoeba histolytica)  Insensibilité au froid :  Hygiène et sécurité pour l'exploitant : la indépendamment du débit traitement envisageable même manipulation des produits à base de chlore d’eau à traiter à basse température demande une certaine technicité et une sécurité  Grande facilité d’installation et des installations Coût réactif utilisation  Remplacement régulier des instruments du faite  Précision du dosage que le Javel est un produit corrosif. 64 000 DT/an pour le cas de  Système semi-automatisé ou  Présence de sous-produits indésirables dans le Bizerte. automatisé milieu récepteur (THM, chloramines sauf si la chloration est supérieure au break-point) en

présence de matière organique dans l’eau.

4.15.3.5 Comparaison technique des installations de désinfection Nous avons choisi quelques critères les plus importants pour la comparaison les diverses techniques de désinfection.

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Tableau 25: Comparaison les diverses techniques de désinfection

Caractéristiques / Critères Maturation Hypochlorite UV Sécurité +++ + +++ Elimination de bactéries ++ ++ ++ Elimination des Virus ++ + + Elimination des Protozoaires + - - Reviviscence ++ + + Toxicité résiduelle - +++ - Sous produits + +++ - Coût de fonctionnement annuel - ++ ++ (20 000 DT) (64 000 DT) (39 000 DT) Coût d’investissement ++++ + +++ (8 800 000 DT) (70 000 DT) (350 000 DT) (-) Faible (+) Moyen (++) Important (+++) Très Important (++++) Trop Important

En plus de la comparaison technique des différentes méthodes de désinfection, il est primordial de tenir compte de l’aspect financier. L’évaluation économique est basée sur les prix couramment pratiqués en Tunisie lors des marchés semblables.

4.15.3.6 Evaluation financière des options de désinfection L’option de désinfection qui nécessite le moins d’investissement est la chloration et la coûteuse c’est les bassins de maturation.

On peut conclure ce qui suit :

 Le procédé de désinfection au chlore s’avère le moins coûteux en investissement, suivi de la désinfection aux rayons Ultra Violets.  La maturation est l’option la plus coûteuse en investissement.

Tableau 26: Coût du procédé de désinfection

Procédé de désinfection Investissement Chloration 70 000 DT Ultra Violet 350 000 DT Filtre + Chloration 1 670 000 DT Filtre + Ultra violet 1 950 000 DT Maturation 8 800 000 DT La prise en compte des frais d’investissement seuls n’est pas suffisante, car il faut tenir compte aussi des frais annuels d’exploitation pendant toute la durée de vie de l’installation.

Pour ce faire on a calculé les investissements amortis sur une année (pendant toute la durée de vie de l’installation) qu’on a additionnés aux frais d’exploitation annuels, pour trouver les coûts de comparaison.

La combinaison de l’amortissement annuel et les frais annuels d’exploitation nous donnent le coût de comparaison ci-après.

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Tableau 27: Combinaison des coûts du procédé de désinfection

Caractéristiques / Critères Chlore UV Maturation Filtration Investissement total en DT 70 000 350 000 8 800 000 1 600 000 Amortissement de l’Investissement en DT/an 3 667 17 500 293 000 80 000 Frais d’exploitation annuel en DT/an 64 000 39 186 20 000 20 000 Coût de comparaison en DT/an 67 667 56 686 313 000 100 000

En coût de comparaison c’est le traitement de désinfection par les rayons Ultra violet qui est le moins cher en tenant compte des frais d’investissement et des charges d’exploitation. Le classement financier des différentes options des traitements tertiaires (désinfection) est comme suit :

Tableau 28: Comparaison des coûts du procédé de désinfection

Ordre Options Coûts de comparaison DT/an 1 Filtration + Ultra violet 156 686 2 Filtration + Chloration 167 667 3 Maturation 313 300

Propositions :

Procédures opérationnelles et Equipements requis

1. Mettre en place une installation de désinfection à l’Ultra Violet précédée par une installation de filtration, pour assurer la conformité en germes pathogènes dans les eaux épurées avec les normes.

Contrat de service

2. Insérer dans le contrat de sous traitance ou de concession un paragraphe mentionnant des garanties pour les concentrations maximales en germes pathogènes conformément à la norme tunisienne.

3. Le poste de filtration ne nécessite pas une présence d’un personnel à plein temps. Un ouvrier passera deux fois par jour pour contrôle, vérification et entretien.

4.15.4 IMPLANTATION DES NOUVELLES INSTALLATIONS A AJOUTER Pour mettre à niveau la station d’épuration de Bizerte, certaines actions nécessitent une optimisation de la gestion de l’exploitation des différentes filières, ou bien réhabilitation des équipements, ou bien encore la construction de nouvelles installations.

 L’installation de traitement des odeurs doit être abandonnée et remplacée par un nouveau biofiltre qui sera placé juste à coté du bassin de dégazage et occupera une superficie de 6 m x 4 m soit 24 m2, ce qui correspondra à un temps de biofiltration de 4 minutes pour un débit d’aspiration de l’air vicié de 350 m3/h et une hauteur du matériaux filtrant de 1m.

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 La nouvelle installation de préparation, de dosage et d’injection du produit déphosphatant sera implantée près des bassins d’activation et entre le bassin de dégazage et les bassins de prétraitement (dégrillage et dessablage) et occupera une superficie de 10m x 10m. C’est l’espace nécessaire pour installer les deux bacs de préparation de la solution de sulfate d’alumine, les pompes doseuses, l’aire de stockage des sacs de sulfate d’alumine et un espace de circulation.  Les postes de filtration et de désinfection aux rayons ultraviolets seront implantés près de la station de pompage SP3 des eaux épurées et occuperont respectivement une superficie de 23m x 20m (surface des filtres est de 460 m2) voir les calculs au chapitre 3-15-3-4 et 10m x 10m (Espace nécessaire pour contenir 8 couloirs de désinfection avec des lampes UV de 5m de long et une pièce de 5x5m pour le tableau de commande électrique)

Figure 4: Implantation des nouvelles installations

 Biofiltre de dimensions : 4 x 6 m  Déphosphatation de dimensions : 10 x 10 m  Filtration de dimension : 20 x 23 m  Désinfection aux rayons Ultra Violet de dimensions : 10 x 15 m

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4.15.5 IMPLICATION DES PROPOSITIONS POUR LE PERSONNEL D’EXPLOITATION Les différentes actions de mise à niveau pour la conformité de la qualité des eaux épurées à la station de Bizerte sont comme suit :

4.15.5.1 Renforcement en moyen humain Le personnel qui exploite la station d’épuration de Bizerte ne sera pas fortement renforcé étant donné qu’il n’y aura que peu nouvelles filières à ajouter, on aura besoin de :

Tableau 29: Description du besoin en moyen humain

Ordre Unité Besoin

1 Dégazage Pas de personnel supplémentaire pour l’exploitation

2 Dégrillage Pas de personnel supplémentaire pour l’exploitation

3 Dessablage Pas de personnel supplémentaire pour l’exploitation

4 Aération Pas de personnel supplémentaire pour l’exploitation

5 Nitrification-dénitrification Pas de personnel supplémentaire pour l’exploitation

6 Déphosphatation biologique Pas de personnel supplémentaire pour l’exploitation

7 Déphosphatation chimique Un ouvrier à mi-temps

8 Clarification Pas de personnel supplémentaire pour l’exploitation

9 Filtration sur sable Un ouvrier à mi-temps

10 Désinfection UV Un ouvrier à mi-temps

11 Déshydratation des boues Un ouvrier à mi-temps

12 Séchage des boues Pas de personnel supplémentaire pour l’exploitation

Enfin de compte on aura besoin de

 Un ouvrier pour les installations de filtration et de désinfection à l’ultra violet.  Un deuxième ouvrier pour les installations de déphosphatation chimique et de déshydratation des boues. Toutefois la société privée qui exploite la station d’épuration de Bizerte aura à sa charge de recruter le personnel supplémentaire conformément au nouveau contrat de sous traitance ou de concession pour mener à bien la gestion et l’exploitation des différentes filières de traitement.

4.15.5.2 Création d’une unité pour les appareils de mesure Cette unité aura pour rôle de garantir le bon fonctionnement et la pérennité des appareils de mesure et de prélèvement installés dans les stations d’épuration.

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Les appareils de mesure sont des équipements électroniques très sensibles, nécessitent un entretient régulier et un étalonnage bien précis.

Pour maintenir leur bon fonctionnement, les sondes de mesure doivent être nettoyées et entretenues d’une façon périodique selon un planning établit à l’avance. Cet entretien, ainsi que leur étalonnage sera fait par du personnel bien qualifié et bien formé.

A l’état actuel il n’y a pas des techniciens bien spécialisés dans l’entretien, la maintenance et l’étalonnage des appareils de mesure.

On ne peut disposer raisonnablement, de techniciens sédentaires sur chaque station d’épuration ou encore sur chaque région.

Cette unité aura aussi à sa charge l’optimisation de l’asservissement des aérateurs.

Il est proposé de mettre en place une unité (service ou direction) très spécialisée et bien formée pour l’assistance à l’exploitation, l’entretien, la maintenance et l’étalonnage de tous les appareils de mesure installés dans les stations d’épuration.

Cette unité aura à divulguer et à former les techniciens se trouvant sur place dans les régions.

Cette équipe sera composée de :

 Un ingénieur en instrumentation au niveau central  Trois techniciens supérieurs en instrumentation qui assureront le contrôle, la vérification, l’étalonnage, l’entretien et la maintenance des appareils de mesure se trouvant dans les trois départements régionaux de l’ONAS. Un planning doit être mis en place pour assurer une fréquence des visites à tous les appareils de mesure pour contrôle, vérification et étalonnage d’au moins 2 fois par an. A ces visites il faudra ajouter les déplacements pour maintenance.

L’unité responsable des appareils de mesure est déjà instituée au sein de l’organigramme de l’ONAS au niveau division et la trouve dans deux départements différents :

Département maintenance : Le personnel de cette division n’est pas formé dans la discipline des appareils de mesure.

Le département métrologie et rejets industriels : Le personnel n’est pas non plus formé en matière d’instruments de mesure et s’occupe actuellement essentiellement d’inventaire, d’inventaire et d’achat des appareils de mesure.

Il est mieux indiqué de fusionner ces deux divisions au sein du département de la maintenance, de les renforcer et d’assurer leur formation adéquate et de rendre ce personnel opérationnel, efficace

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5 ESTIMATION DES COÛTS POUR LA MISE À NIVEAU DE LA STEP

Ci-après un tableau récapitulant le budget approximatif au niveau de la faisabilité, à prévoir pour réaliser les travaux nécessaires au niveau des équipements et du génie civil de la station d’épuration de Bizerte.

Des options sont possibles et sont présentées ci-après :

Tableau 30: Récapitulation des differentes options possibles (les plus importantes)

OPTIONS  1 2 3

Mise à niveau des équipements Oui Oui Oui

Nitrification-dénitrification Oui Oui Oui

Déphosphatation chimique Oui Non Non

Filtration Oui Oui Non

Désinfection à l’Ultra Violet Oui Oui Non

TOTAL 5 706 000 4 729 000 3 129 000

Les différentes options sont évaluées et présentées en détail dans le tableau ci-après.

Les interventions qui ne sont pas retenues sont affichées en caractères barrés.

Option Description de l’option Montant en DT

Remise à niveau des équipements

Nitrification-dénitrification

1 Déphosphatation 6 056 000

Filtration sur sable

Désinfection aux rayons Ultra Violets

Remise à niveau des équipements

Nitrification-dénitrification

2 Déphosphatation (non proposé) 5 646 000

Filtration sur sable

Désinfection aux rayons Ultra Violets

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Option Description de l’option Montant en DT

Remise à niveau des équipements

Nitrification-dénitrification

3 Déphosphatation (non proposé) 3 696 000

Filtration sur sable (non proposé)

Désinfection aux rayons Ultra Violets (non proposé)

La première option : englobe une remise en état des équipements de la station d’épuration, avec optimisation du fonctionnement, mise en place d’une installation de traitement tertiaire de déphosphatation chimique et des unités pour la désinfection (élimination des germes pathogènes)

La deuxième option : englobe une remise en état des équipements de la station d’épuration, avec optimisation du fonctionnement, sans la mise en place d’une installation de traitement tertiaire de déphosphatation chimique, mais la mise en place des unités pour la désinfection (élimination des germes pathogènes) est prévue.

La troisième option : n’englobe que la remise en état des équipements de la station d’épuration, avec optimisation du fonctionnement, sans la mise en place d’une installation de traitement tertiaire de déphosphatation chimique, ni la mise en place des unités pour la désinfection (élimination des germes pathogènes).

Le coût du traitement des eaux usées à la station d’épuration de Bizerte est actuellement de 0,106 DT/m3 comprenant les frais de sous traitance et le technicien ONAS (permanent) qui suit l’exploitation des installations. Pour le futur et lorsque le débit augmentera le coût du traitement d’un mètre cube diminuera légèrement.

Avec la mise en marche des installations de traitement tertiaires, il faudra compter sur augmentation du coût du mètre cube d’eau usée traitées de :

 0,032 DT/m3 d’eau usée traitée pour la déphosphatation dans les conditions maximales.  0,006DT/m3 d’eau usée traitée pour la désinfection par rayons Ultra Violet.

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Tableau 31: Détail des coûts des mises à niveau proposées

Filières PU en DT Qté Montant Sous Total

Dégazage Tuyauteries et diffuseurs d'air 5 000 2 10 000

Câblage 5 000 1 5 000 35 000 Vannes murales de 1000mm 10 000 2 20 000

Désodorisation Couverture du bassin de dégazage 10 000 1 10 000 30 000 Biofiltre avec système d'arrosage 15 000 1 15 000

Automatisme et câblage 5 000 1 5 000 Dégrillage dégrilleur de 6mm 80 000 2 160 000 Système d'automatisme par sondes 6 000 2 12 000 237 000 Vis de transport et de compactage 15 000 1 15 000 Vannes murales de 1000 mm 10 000 4 40 000 Changer le câblage 10 000 1 10 000

Dessablage Changer la vanne de sortie 12 000 1 12 000 Système d'automatisme 20 000 1 20 000 147 000 Changer les gardes corps 15 000 1 15 000 Changer câblage 100 000 1 100 000

Bassins d'aération Agitateurs mécaniques 126 500 8 1 012 000 1 012 000

Appareillage et asservissement Oxymètres fixes installés 8 000 8 64 000 126 000 Oxymètre portable 2 000 1 2 000 Appareils de mesures du potentiel Redox 15 000 4 60 000

Clarificateurs Brosses de nettoyage des déversoirs 3 000 4 12 000 52 000 Jupe centrale 10 000 4 40 000

Pompage des boues de retour Tuyauterie PEHD fourniture et pose 67 120 8 000 10 000 Système de vannes 500 4 2 000

Pompage des boues en excès Débitmètre électromagnétique 10 000 1 10 000 10 000

Lits de séchage Réhabilitation (pour 97 000 DT/lit) 97 000 21 2 037 000 2 037 000

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Tableau 32: Option 1 : Mise à niveau de la STEP de Bizerte Déphosphatation - Filtration sur sable et désinfection aux Rayons Ultra Violets

OPTION 1 Investissement Entretien * Opération de mise à niveau DT DT/an Dégazage 35 000 - Traitement des odeurs 30 000 - Dégrillage 237 000 - Dessablage déshuilage 147 000 - Agitateurs pour bassins d’aération 1 012 000 10 120 (1%) Appareillage et asservissement 126 000 6 300 (5%) Clarificateurs 52 000 520 (1%) Boue de retour 10 000 - boue en excès 10 000 100 (1%) Epaississement 0 - Pompage boues épaissies 0 - Lits de séchage 2 037 000 10 185 (0,5%) Déshydratation mécanique des boues 0 - Stockage des eaux épurées 0 - - Pompage des eaux épurées 0 4 100 (1%) Traitements tertiaires : Déphosphatation 410 000 Traitement tertiaire : Filtre + UV 1 950 000 19 500 (1%)

TOTAL en DT 6 056 000 50 825 * Les coûts d’entretien et maintenance sont indiqués seulement pour les nouveaux équipements

Rappel :

OPTIONS  1 2 3

Mise à niveau des équipements Oui Oui Oui

Nitrification-dénitrification Oui Oui Oui

Déphosphatation Oui Non Non

Filtration Oui Oui Non

Désinfection à l’Ultra Violet Oui Oui Non

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Tableau 33:Option 2 : Mise à niveau de la STEP de Bizerte sans la déphosphatation

OPTION 2 Investissement Entretien * Opération de mise à niveau DT DT/an Dégazage 35 000 - Traitement des odeurs 30 000 - Dégrillage 237 000 - Dessablage déshuilage 147 000 - Agitateurs pour bassins d’aération 1 012 000 10 120 (1%) Appareillage et asservissement 126 000 6 300 (5%) Clarificateurs 52 000 520 (1%) Boue de retour 10 000 - boue en excès 10 000 100 (1%) Epaississement 0 - Pompage boues épaissies 0 - Lits de séchage 2 037 000 10 180 (0,5%) Déshydratation mécanique des boues 0 - Stockage des eaux épurées 0 - Pompage des eaux épurées 0 - Traitements tertiaires: Déphosphatation 0 Traitement tertiaire: Filtre + UV 1 600 000 16 050 (1%)

TOTAL en DT 4 729 000 43 270 * Les coûts d’entretien et maintenance sont indiqués seulement pour les nouveaux équipements

Rappel :

OPTIONS  1 2 3

Mise à niveau des équipements Oui Oui Oui

Nitrification-dénitrification Oui Oui Oui

Déphosphatation Oui Non Non

Filtration Oui Oui Non

Désinfection à l’Ultra Violet Oui Oui Non

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Tableau 34:Option 3 : Mise à niveau de la STEP de Bizerte Sans traitement tertiaire (sans la déphosphatation et sans filtration et sans désinfection)

OPTION 3

Investissement Entretien * Opération de mise à niveau DT DT/an Dégazage 35 000 - Traitement des odeurs 30 000 - Dégrillage 237 000 - Dessablage déshuilage 147 000 - Agitateurs pour bassins d’aération 1 012 000 10 120 (1%) Appareillage et asservissement 126 000 6 300 (5%) Clarificateurs 52 000 520 (1%) Boue de retour 10 000 - boue en excès 10 000 100 (1%) Epaississement 0 - Pompage boues épaissies 0 - Lits de séchage 2 037 000 10 180 (0,5%) Déshydratation mécanique des boues 0 - Stockage des eaux épurées 0 - Pompage des eaux épurées 0 - Traitements tertiaires: Déphosphatation 0 - Traitement tertiaire: Filtre + UV 0 -

TOTAL en DT 3 696 000 18 058 * Les coûts d’entretien et maintenance sont indiqué seulement pour les nouveaux équipements.

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6 DÉLAIS DE RÉALISATION DES TRAVAUX POUR LA MISE À NIVEAU DE LA STEP DE BIZERTE

STEP BIZERTE Année 1 Année 2

Mois ---> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Dégazage

Désodorisation

Dégrillage

Dessablage

Aération:

Agitateurs

Clarificateurs

Pompage des boues de retour

Boue en excès

Lits de séchage

Déphosphatation

Filtration

Désinfection

Ultra Violet

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Annexe 1 : Entreprises dans le BV du Lac de Bizerte et leur état de prétraitement et de raccordement au réseau ONAS

Gestion des rejets industriels Sources de rejets Activité industrielle Entreprise Installation de Raccordement ONAS hydriques prétraitement des Eaux sanitaires Bassin de Effluents eau de régulation du PH rinçage tréfilerie et El FOULEDH (Aciérie) (projet STEP en Non raccordée atelier structure cours de métallique (galva) démarrage) Eauc process (refroidissement et STIP (Société Tunisienne des fuite vapeur ) inexistante Non raccordée Industries Pneumatiques) contaminées par des huiles STEP à Bio- Raccordée STEP M. TOPEKA (Textile teinture) Effluents eau process oxydation (puis BOURGUIBA vers ONAS)

Bassin de

Rejet de nettoyage des récupération JAL GROUP (Chaussures de Raccordée STEP M. moules (contenant du (gardé en usine Parcs d’activités sécurité) BOURGUIBA solvant) en attente du économiques de Centre J’radou) Menzel Bourguiba (I Lavage pièces et II) + Zone « Ex Débourbeur- Raccordée STEP M. CMRT (Chantier Naval) mécaniques (quantités SOCOMENA » déshuileur BOURGUIBA minimes) STEP à Bio- Raccordée STEP M. TECFIBER (Textile) Effluents eau process oxydation (puis BOURGUIBA vers ONAS) Raccordée STEP M. MEDCONPACK (Plastiques) NC BOURGUIBA KANAMED (tissus Raccordée STEP M. NC d’ameublement BOURGUIBA Lavage pièces SACEM (Transformateurs Débourbeur- Raccordée STEP M. mécaniques (quantités électriques) déshuileur BOURGUIBA minimes) Pôle industriel parc Raccordée STEP SCB (Cimenterie de Bizerte) NC d’activités BIZERTE économiques « zone Rffleunets process STEP physico- Raccordée STEP TUNISACIER (métallurgie) franche Bizerte » (traitement de surface) chimique BIZERTE Effluents du process STEP physico- Raccordée STEP MARTELLI & GONSER (Délavage) de délavage chimique BIZERTE Pôle industriel ALMIA réfrigération (électro- Raccordée STEP NC Menzel Jemil ménager) BIZERTE Raccordée STEP SOTRAVER (verre) NC BIZERTE Raccordée STEP VOGLIA chaussures NC BIZERTE Raccordée STEP SCV (câblage auto) NC BIZERTE Raccordée STEP AFRIQUE BOIS (dépôt bois) NC BIZERTE Raccordée STEP SOCAM (carrelage) NC BIZERTE MATUBO (boulonnerie) / En arrêt HOSPIMED (matériel Raccordée STEP NC paramédical) BIZERTE

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Gestion des rejets industriels Sources de rejets Activité industrielle Entreprise Installation de Raccordement ONAS hydriques prétraitement des Eaux sanitaires Raccordée STEP STARLIGHT (Confection cuir) NC BIZERTE Raccordée STEP CONTINENTAL (câblage auto) NC BIZERTE Raccordée STEP DOG production (Confection) NC BIZERTE Raccordée STEP SRN (recyclage métaux) NC BIZERTE Raccordée STEP SHB (conditionnement huile) NC BIZERTE Raccordée STEP CLERPREM (confection textile) NC BIZERTE Raccordée STEP TUNELEC (cartes électroniques) NC BIZERTE Raccordée STEP COBIZ (confection textile) NC BIZERTE Raccordée STEP TFD (confection textile) NC BIZERTE Bassin de Rejet de nettoyage des récupération Raccordée STEP JALPOS (confection cuir) moules (contenant du (gardé en usine BIZERTE solvant) en attente du Centre J’radou) Raccordée STEP G et G (confection cuir) NC BIZERTE Raccordée STEP STABYL 1 (confection / textile) NC BIZERTE Raccordée STEP Pôle industriel de STAC (Assemblage câbles) NC BIZERTE Menzel FIC (Fabrication câbles Raccordée STEP Abderrahmane NC métalliques) BIZERTE Raccordée STEP SMI (Industries mécaniques) NC BIZERTE Pôle industriel El Effluents des bains Raccordée STEP Raccordée STEP FUBA (Cartes électronique) Azib usés acido-basique BIZERTE BIZERTE - Bassin API (décanteur- - Effluents des eaux déshuileur) et huileuse bassin de boues Non raccordée (fosse STIR (raffinage pétrole) d’hydrocarbures sceptique) - Rejets de retour de - Bassin de retour soude (lavage GPL) de soude et bas Pôle industriel de boues de Zarzouna soude SOTULUB (recyclage des Effluents eau process STEP biologique Non raccordée lubrifiants) (collecte et strippage) SOTRAPIL (transport par pipe) NC Non raccordée Process « lavage STEP en cours Raccordée STEP DURAVIT (matériel sanitaire) carrelage » d’installation BIZERTE Carrelage MESTIRI En arrêt Pôle industriel « La LACERAMIC NC Non Raccordé pêcherie » CIAMIT (Usine amiante) En arrêt (réhabilité) METALCO (chaudronnerie) NC Non Raccordé Pôle industriel « Beni PRATO Tunisia (Mécan-soudage) NC Non Raccordé Nafaa » Officine TESSILE (Confection NC Non Raccordé

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Gestion des rejets industriels Sources de rejets Activité industrielle Entreprise Installation de Raccordement ONAS hydriques prétraitement des Eaux sanitaires textile IBL electronic (cartes NC Non Raccordé électroniques) Absence de NC (Uniquement eau Ports Port commercial de Bizerte déboubeur- Raccordé STEP BIZERTE pluviales) deshuileur * NC : non concerné (absence de rejet industriel)

Figure 5: Carte répartition des établissements industriels visités

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Annexe 2 : Traitement tertiaires : Elimination de l’azote

Pour le cas de la STEP de Bizerte, qui est basée sur le traitement biologique à faible charge (aération prolongée) et il n’y a pas de décantation primaire en tête de la station. Les formes d’azote seront éliminées par voie biologique en même temps que la biodégradation de la pollution carbonée.

Décantation de la pollution azotée

De nombreuses filières d’épuration comportent une décantation primaire. L’extraction des boues qui s’y accumulent permet naturellement de séparer la fraction de l’azote liée aux matières en suspension des eaux brutes retenues par l’ouvrage.

En fonction de la longueur et de la pente du réseau, l’élimination d’azote par décantation primaire est comprise entre 5 et 10 % de l’azote total reçu par temps sec, et plus en temps de pluie, en réseau unitaire, lorsque s’effectue un auto-curage du réseau.

Lorsque les boues primaires séjournent longuement au contact de l’eau, la libération progressive d’azote ammoniacal produit par la lyse des bactéries réduit le rendement de la décantation des influents bruts. C’est le cas pour les procédés extensifs d’épuration tels le lagunage naturel et le lagunage aéré ou encore pour les filières précédées par une fosse septique ou un décanteur- digesteur, de façon moindre d’ailleurs, pour lesquels on doit considérer que la part de l’élimination d’azote par la décantation primaire qui s’y effectue est négligeable.

Pour le cas de la station d’épuration de Bizerte, il n’y a pas de d’ouvrage de décantation primaire, donc l’élimination de l’azote doit se faire impérativement dans les bassins de traitement biologique.

Nitrification-dénitrification biologique

Les stations d’épuration de l’ONAS à boues activées à faible charge pouvant assurer la nitrification et la dénitrification sont au nombre de 63 unités soit 57% de l’ensemble des stations d’épuration exploitées par l’ONAS.

La réaction de nitrification de l’azote ammoniacal par les bactéries autotrophes différentes nitrifiantes en présence d’oxygène dissous se déroule en 2 étapes : la nitritation (NO2) puis la nitratation (NO3).

Ces bactéries, dites autotrophes vis-à-vis du carbone, utilisent le carbone minéral comme seule source de carbone (essentiellement celui des bicarbonates), et les formes réduites de l’azote comme source d’énergie.

Il ressort de ce bilan que la nitrification biologique d’1 kg d’azote ammoniacal :

 nécessite théoriquement 4,2 kg d’oxygène dont 80 % sont inclus dans les nitrates formés,  s’accompagne d’une diminution de l’alcalinité (compensable par 3,9 kg de chaux vive CaO),  produit 170 g de bactéries nitrifiantes ce qui est très faible vis-à-vis de la production de boues générées lors de la dégradation de la charge organique carbonée. Conditions de la nitrification biologique

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Le taux de croissance des bactéries nitrifiantes est influencé par les concentrations en substrats. Le taux de croissance global des bactéries nitrifiantes est régi par les concentrations d’azote ammoniacal et d’oxygène.

Les valeurs par défaut données par l’International Water Association (IWA) stipule que des concentrations de 2 à 3 mg/l d’oxygène dissous durant les phases d’aération sont largement suffisantes pour maximiser la vitesse de nitrification en boues activées.

 La charge à appliquer doit être suffisamment faible pour permettre la croissance et le maintien des bactéries autotrophes dans la culture mixte.  La température influe sur la vitesse de réaction qui la plus lente étant pour la réaction de nitritation, c’est celle-ci qui régira la cinétique globale de nitrification.  Des concentrations élevées en azote ammoniacal sont inhibitrices de la nitrification et plus particulièrement de la nitratation, les bactéries assurant l’étape de nitratation étant les plus sensibles aux variations des conditions du milieu.  Les substances toxiques inhibant l’activité des bactéries nitrifiantes, comme d’ailleurs celle de l’ensemble de la microflore épuratrice, peuvent avoir plus d’impact que d’autre conditions défavorables (tels que température basse, pH acide*, …). Parmi les métaux, les ions Ni, Cu, Pb et Ag apparaissent comme les plus susceptibles de bloquer la nitrification à très faible concentration sans avoir d’effet notable sur le reste des micro-organismes. Parmi les composés organiques, de très nombreuses molécules contenant du soufre sont des inhibiteurs spécifiques de la nitrification. Conditions de la dénitrification biologique

La réaction d’assimilation de matière organique par les bactéries hétérotrophes en l’absence d’oxygène dissous et de présence de nitrates réduit les nitrates en nitrite puis les nitrites en azote gazeux.

Cette réaction est dite « de dénitrification » car elle se traduit par la réduction des nitrates en azote moléculaire (N2), gaz qui retourne à l’atmosphère. La dénitrification est le mécanisme qui permet à un grand nombre de bactéries hétérotrophes – vis à- vis du carbone – aérobies facultatifs de couvrir leurs besoins énergétiques à partir des nitrates lorsque l’oxygène dissous fait défaut.

Cette réaction de dégradation de la matière organique, toutes autres conditions égales par ailleurs, est plus lente que celle qui se produirait en présence d’oxygène. Elle est d’autant plus lente que le carbone disponible est moins rapidement biodégradable (étape d’hydrolyse préalable du carbone exogène requise ou production du carbone endogène par lyse des bactéries).

Les conditions de la dénitrification sont les suivantes :

 Oxygène dissous : La dénitrification ne se produit de manière significative que si la concentration d’oxygène dissous dans le milieu est nulle. Cette absence d’oxygène est nécessaire pour que les bactéries adoptent une voie métabolique plus complexe, lente et énergétiquement plus coûteuse que celle utilisant directement l’oxygène dissous.  Charge : La dénitrification est d’autant plus rapide que la quantité de carbone disponible est importante et que ce carbone est rapidement biodégradable. Les processus de nitrification et de dénitrification étant souvent mis en œuvre au sein de la même culture bactérienne, il

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s’agit donc de trouver un compromis entre la nécessité de travailler à faible charge pour favoriser le processus de nitrification et l’intérêt de maximiser la vitesse de dénitrification en maximisant la charge appliquée.  La température : La température influe peu sur la vitesse de dénitrification lorsque ses variations sont progressives (acclimatation des bactéries) et que le substrat carboné interstitiel rapidement assimilable est peu abondant. En revanche, une variation brutale de température (exposition du soleil, par exemple : voile de boues des décanteurs secondaires, éprouvettes) active de manière très nette la dénitrification et l’on constate alors des remontées de boues entraînées par de petites bulles d’azote gazeux*.  Le pH : Les pH optimaux se situent entre 6,5 et 7,5 et ne constituent donc pas un facteur particulièrement limitant dans la plupart des cas de stations d’épuration. En milieu faiblement tamponné, des pH acides pourraient conduire à des réductions incomplètes des nitrates aboutissant à des oxydes nitriques et nitreux.

Traitement tertiaires : Déphosphatation

Depuis les années 70 et avec les travaux de nombreux chercheurs, le phosphore a été identifié comme facteur limitant de l’eutrophisation des eaux douces superficielles. En effet, lorsque les conditions sont propices, notamment dans des milieux aquatiques fermés, dans lesquels le taux de renouvellement de l’eau est faible, ou dans les cours d’eau à écoulement lent, peu ombragés, quelques dizaines de microgrammes de phosphore dissous peuvent suffire pour engendrer un développement algal important (bloom algal), qui ne se mesure pas toujours, dans le cas des cyanobactéries, par les taux de chlorophylle.

La déphosphatation est faible dans les stations qui ne sont pas conçues pour l'élimination biologique du phosphore; même dans ce dernier cas, les caractéristiques de l'eau brute peuvent ne pas permettre une déphosphatation suffisante. La solution est alors une élimination chimique des phosphates au moyen de réactifs qui donnent naissance à des précipités ou des complexes insolubles.

Les principaux réactifs industriels utilisés sont les sels d'aluminium, les sels de fer et la chaux.

D'autres réactions annexes se produisent, en particulier avec les bicarbonates de l'eau :

3+ M + 3 HC0 3 - M (OH)3 + 3 CO2

Ces réactions annexes réduisent l'alcalinité de l'eau et entraînent une baisse de pH dépendant du pouvoir tampon.

De plus, elles contribuent à une consommation supplémentaire de réactifs. Généralement, pour obtenir moins de 1 mg/l en P, le rapport molaire M/P varie entre 1,5 et 2.

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Pour les zones sensibles, certaines stations d’épuration en Tunisie assurent l’élimination de la pollution phosphorée. Les stations d’épuration dotées d’installation de déphosphatation sont les suivantes :

Mateur, Mejez El Bab, Béjà, Bousalem, Jendouba, Teboursouk.

Le phosphore constitue, avec les nitrates, les éléments nutritifs principaux de la flore aquatique.

A trop forte dose, il a prolifération d’algues, et donc eutrophisation des cours d’eau.

Les conséquences principales sont une mortalité importante de la vie piscicole due au manque d’oxygène et la toxicité de l’ammoniac en milieu basique.

Le phosphore est facilement extrait des eaux usées par voie physico-chimique (précipitation par un sel de fer ou d’aluminium). La déphosphatation biologique qui met en œuvre une biomasse déphosphatante spécifique est complétée par une précipitation physico-chimique lorsque les niveaux de rejet à respecter sont sévères.

En Tunisie, la concentration en phosphore dans les eaux usées domestiques est en général comprise entre 5 et 15 mg/l. Les stations d’épuration biologiques « classique », ne peuvent éliminer une partie du phosphore que par incorporation dans les boues. Cette technique ne peut réduire la quantité de phosphore que de 20 à 30%, ce qui est insuffisant.

Déphosphatation biologique

Les travaux de recherche ont débuté à partir de constatations fortuites d’élimination du phosphore sur des stations faisant l’objet d’un suivi expérimental, en essayant de comprendre et de reproduire les phénomènes observés. Des théories contradictoires ont commencé à voir le jour à partir de 1975. A l’heure actuelle, toutes les théories s’accordent pour dire que ces mécanismes de biochimie moléculaire sont essentiels, mais qu’elles sont raccordées à des mécanismes physico-chimiques.

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Pour ces diverses raisons, la déphosphatation biologique en station d’épuration à boue activée, bien qu’elle présente des avantages intéressants au plan environnemental et écologique (peu ou pas d’ajout de produits chimiques, production de boues moindre), s’applique difficilement et la gestion de l’aération n’est pas toujours concluante pour les stations d’épuration existantes.

Déphosphatation naturelle

Les procédés d’épuration des eaux utilisant les macrophytes sont des systèmes semi extensifs, rustiques, fiables et performants. Ils s’intègrent bien dans le paysage rural, sans nuisances olfactives pour le voisinage, quoiqu’il y ait risque de prolifération d’insectes (moustiques) dans un climat comme la Tunisie et peuvent accepter des variations de charge importantes.

L’absorption par les végétaux reste très faible, étant donné les surfaces mises en œuvre. De plus, le phosphore incorporé dans la biomasse végétale est transféré dans les rhizomes des roseaux avant la coupe hivernal, il reste donc dans le système et est reminéralisé avec la décomposition de la matière végétale morte. Le faible rendement sur le phosphore n’est pas spécifique à cette filière biologique.

Dans les stations d’épuration de type boues activées dépourvues de dispositif de déphosphatation, l’abattement des concentrations en phosphore total de l’effluent est compris entre 20 % et 40 %.

L’abattement du phosphore est du à l’exportation par l’extraction des boues excédentaires.

Étant donné qu’il est impossible de faire transformer le phosphore en phase gazeuse par des micro- organismes, comme on le fait pour la matière organique et pour l’azote, on ne peut que transférer les molécules du phosphore de la phase aqueuse sur un solide qui s’accumule et qu’on peut extraire du système à des intervalles plus ou moins espacés.

A priori, ces solides peuvent être :

 des végétaux, au sein du filtre ou en aval du filtre ;  de la biomasse bactérienne ;  des minéraux, au sein du filtre ou en aval du filtre ;  des sels de fer ou d’aluminium avec lesquels on fait précipiter le phosphore. Les végétaux

Comme il a été déjà dit, l’absorption du phosphore par mètre carré de roseaux reste très faible, par rapport aux 3 g de phosphore environ apporté par équivalent habitant et jour. Dans des conditions eutrophes, le tissu des parties vertes du roseau peut contenir jusqu’à 0,4 % de phosphore par rapport à la matière sèche, soit 4 g par kg [Kadlec & Knight, 1996].

Pour une production de biomasse verte annuelle allant jusqu’à 4 kg de MS/m2 [Stengel, 1985, Rodewald-Rudescu, 1974], la capacité d’absorption annuelle du roseau peut donc atteindre 16 g/m2 de phosphore, soit 160 kg par an et ha. En récoltant les parties aériennes, la moitié de cette biomasse, et donc la moitié de cet apport en phosphore (8 g/m2) pourraient théoriquement être exportés du système.

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Pour les enlever, il faudrait faucarder le roseau en été lorsque les parties aériennes sont encore en phase de croissance, avant que le roseau ne transfère le phosphore dans les rhizomes à l’automne. Étant donné que ceci ne représente, pour des surfaces de l’ordre de 2 m2/EH, que l’apport de 3 jours environ, le faucardage estival des filtres plantés de roseaux est dénué d’intérêt pratique, d’autant plus qu’un faucardage estival répété ne manquerait pas d’affaiblir les roseaux, les rendre moins compétitifs par rapport à d’autres types de végétation et les ferait disparaître à terme. Lorsqu’on choisit de s’orienter vers une exportation des nutriments par la production de biomasse végétale en sortie des filtres plantés de roseaux, il faudrait considérer les points suivants :

 Les teneurs en phosphore dans la biomasse produite annuellement ne varient pas beaucoup entre les différentes espèces de plantes : elles restent toujours de l’ordre de quelques grammes par kg de matière sèche produite. La production de matière sèche par an est, par contre, plus variable : si on souhaite optimiser l’absorption du phosphore par des plantes, il faudrait chercher des plantes ayant une forte production de biomasse, ce qui est plutôt le cas pour des herbacées.  Il faut choisir des plantes qui – contrairement au roseau (Phragmites) – supportent bien la coupe régulière de leurs parties aériennes en période végétative, car le phosphore est essentiellement accumulé dans les parties vertes ;  Il faudrait se poser la question du devenir et de la valorisation de la biomasse récoltée ;  Le coût de la récolte de cette biomasse végétale peut être important, surtout si cette récolte n’est pas mécanisable. Aujourd’hui, deux types de cultures sont proposés pour une exportation des nutriments par récolte de la biomasse :

 les saules en taillis à courte ou très courte rotation (TTCR) ;  et, depuis peu, l’utilisation des bambous. Les saules en taillis à courte ou très courte rotation : Pour les saules en taillis à courte ou très courte rotation (TTCR), dans le cas d’une irrigation avec des eaux usées, la production de biomasse verte est de l’ordre de 15 t MS par ha/an environ (soit 1,5 kg de MS par m2), ce qui est 2 à 3 fois plus que sans irrigation.

La coupe des TTCR s’effectue tous les 2 à 5 ans pendant 20 ans en sachant que plus le cycle est court, plus l’exportation de N et P est importante.

Selon des différents programmes de recherche, les exportations des nutriments s’élèveraient à 14 kg de P par ha/an (Projet Biomepur, Jossart, 2002).

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Bassins plantés en Tunisie (Jougar) Taillis de saules

Les Bambous : Les bambous sont des plantes monocotylédones appartenant à la famille des Poaceae. Ils constituent la sous-famille des Bambusoideae qui compte environ 80 genres et plus de 1200 espèces. Ils sont caractérisés par des tiges formées d'un chaume creux lignifié à la croissance très rapide. Les bambous sont présents naturellement sur tous les continents (Amériques, Asie, Afrique et Océanie) à l'exception de l'Europe (bien que certaines espèces puissent y pousser) et de l'Antarctique, et se sont adaptés à de nombreux climats (tropicaux, sub-tropicaux, et tempérés. La culture de bambous, depuis peu proposée, permettra potentiellement une assimilation nettement plus importante du phosphore, étant donné la très forte production de biomasse de cette plante. L’assimilation du phosphore par des bambous atteindra 250 kg de P par ha/an en Europe, pour un climat comme la Tunisie on pourra considérer une charge supérieure ; 500 kg de P par ha/an. Ce qui reviendra pour une élimination de 24t/an de phosphore il faut mettre à disposition pour le cas de la STEP de Bizerte, une superficie de près de 49 ha.

Détail du Bambou

Évidemment une exportation des nutriments par les végétaux peut également être assurée par irrigation ou épandage en agriculture. Les nutriments apportés avec les eaux usées se substitueront alors aux apports d’engrais minéraux ou organiques.

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La biomasse bactérienne

La voie de l’exportation du phosphore par la biomasse bactérienne est peu intéressante dans le cas d’une filière de traitement par filtres plantés de roseaux, vue la faible production de boues accumulées et extraites du système. Néanmoins, une petite partie de l’abattement du phosphore observé est sans doute à attribuer à une absorption par la biomasse bactérienne et sa transformation, en partie, en résidus organiques assez stables.

Les minéraux

Nous savons de l’agronomie que le phosphore est très bien retenu dans le sol, où il forme des composés peu solubles avec le fer (sous la forme Fe3+), l’aluminium et le calcium, généralement associés à des complexes d’échange de l’argile. Dans le cas des sols alcalins, les réactions avec le calcium sont plutôt dominantes, alors que dans des sols acides la fixation du phosphore par le fer et l’aluminium est dominante. Toutefois, si le milieu est anaérobie, le fer précipite plutôt avec le soufre (ce qui donne la couleur noire aux boues anaérobies) et le phosphore reste libre dans le sol.

De ce constat, deux voies de traitement du phosphore s’ouvrent :

 La rétention du phosphore au sein du filtre même, en utilisant des massifs filtrants riches ou enrichis en fer, aluminium et/ou calcium.  La rétention du phosphore par un traitement par le sol en place en sortie des filtres. Depuis des années, voire des décennies, l’utilisation des matériaux filtrants suffisamment riches en fer, aluminium et/ou calcium est explorée par les différentes équipes qui travaillent à l’amélioration des filtres végétalisés de par le monde et des communications sur ce sujet ont été présentées à toutes les dernières conférences spécialisées.

Le défi à relever est de trouver des matériaux à des prix de fourniture et de transport raisonnables, permettant de fixer les phosphates dans un volume relativement faible pour une durée suffisamment importante pour que le remplacement du massif filtrant à sa saturation devienne économiquement envisageable, tout en présentant des caractéristiques hydrauliques compatibles avec le fonctionnement des filtres, ce qui exclut l’utilisation des complexes argileux.

Ces recherches n’ont toutefois pas encore abouti à des résultats probants pour une utilisation en conditions réelles.

Conclusion

L’enjeu du traitement des phosphates est sans doute plus important, étant donné que le phosphore est incontestablement le nutriment par lequel on peut maîtriser l’eutrophisation en limitant les apports.

Pour l’élimination du phosphore, sur filtres plantés de roseaux, plusieurs voies peuvent être explorées : l’assimilation par les plantes, la fixation sur la biomasse bactérienne, l’adsorption sur des minéraux et l’adjonction de réactifs chimiques.

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L’exportation par la biomasse bactérienne est très limitée étant donné que la quantité de boues exportée des filtres plantés de roseaux est très faible.

De même l’exportation par les plantes reste quantitativement très limitée.

L’absorption du phosphore par les roseaux eux-mêmes reste très marginale par rapport aux quantités apportées avec les eaux usées et la récolte des parties aériennes du roseau en stade végétative, qu’il faudrait effectuer pour exporter le phosphore, affaiblira à terme les roseaux.

Mais même une adsorption du phosphore par des végétaux en sortie des filtres, comme par exemple par des saules en taillis de très courte rotation, nécessitera des surfaces très importantes près de 18 m2 pour un débit de 1 m3/J. Seule l’utilisation des plantes ayant une très forte production de biomasse, tels que les bambous, permettrait de réduire significativement les surfaces nécessaires.

Un bilan économique doit être effectué afin d’envisager l’utilisation des végétaux pour l’exportation du phosphore derrière un filtre planté de roseaux (ou derrière toute autre station d’épuration) : le coût de la récolte peut être important, surtout en absence de possibilité de mécanisation, et une valorisation des végétaux récoltés n’est pas toujours évidente, surtout si l’importance du gisement est limitée.

En pratique, la mise en œuvre des bassins plantés après un traitement biologique secondaire (en sortie des stations), nécessitant des surfaces importantes, constitue essentiellement un traitement du phosphore par le sol. Si les sols ne sont pas trop sableux, ceci peut constituer une bonne solution pour retenir le phosphore; mais encore faut-il, on ne doit pas oublier qu’il y a des contraintes d’exploitation liées à la coupe fastidieuse des végétaux.

Pour des sols limoneux et argileux, le risque de lessivage du phosphore vers le sous-sol est quasiment inexistant et de tels sols peuvent stocker plusieurs tonnes de phosphore à l’hectare.

Ceci permet un épandage pendant des décennies, étant donné que les doses appliquées seront en tout état de cause limitées par la perméabilité du sol.

Déphosphatation chimique

Cette précipitation chimique peut être réalisée en précipitation simultanée ou en post-précipitation. D’autres techniques sont actuellement en cours de développement.

Le produit le moins cher et le plus utilisé en Tunisie pour la déphosphatation des eaux usées est incontestablement le sulfate d’aluminium.

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La réaction entre le sulfate d’aluminium et les ions phosphates s’écrit de la façon suivante :

3- 2- Al2(SO4)3 + 2 (PO4) ------> 2 AlPO4 (précipité) + 3 SO4

La quantité de produit à ajouter est pratiquement stœchiométrique. Il faut un atome d’aluminium pour précipiter à l’état solide un atome de phosphore.

Pour la précipitation des ions phosphates, l’élimination d’un gramme de phosphore conduit à 3,94

grammes de précipité de phosphates d’aluminium (AlPO4).

La surproduction moyenne induite de boues physico-chimiques est de l’ordre de 20 % dans le cas d’une déphosphatation physico-chimique. Les valeurs obtenues avec les réactifs d’aluminium sont un peu plus faibles qu’avec les réactifs à base de fer en raison d’un poids moléculaire plus faible.

Les réactifs à base de fer ont l’inconvénient d’être plus corrosifs que ceux à base d’aluminium et de colorer l’effluent. Ainsi, dans le cas d’une désinfection tertiaire par ultra-violet (UV), l’utilisation de réactifs à base de fer est à proscrire, car la coloration de l’effluent réduit l’efficacité du traitement UV.

Le réactif de précipitation est introduit par des pompes doseuses doublées disposant d’une plage de réglage très large. Ce type d’équipement ne pose pas de problèmes particuliers si les propriétés corrosives des réactifs ont été prises en compte dans la nature des canalisations et des pompes installées. L’injection de réactif est d’autant plus efficace que la zone où a lieu le mélange est agitée.

Le choix du point d’injection doit être fait en fonction de la chaîne de traitement à laquelle se greffe la déphosphatation chimique. Les produits chimiques doivent de préférence être injectés en un point de forte agitation pour en assurer une bonne dispersion et un mélange complet, suivi d’une zone d’agitation moyenne permettant la floculation en évitant un brassage excessif qui détruirait les flocs.

Lorsqu’il n’y a aucun point dans la chaîne de traitement qui satisfait à ces conditions, il faut choisir celui offrant les meilleures conditions ou prévoir l’ajout d’un bassin de mélange séparé. Un mélangeur statique peut parfois être utilisé à condition de pouvoir maintenir une vitesse d’écoulement suffisante pour toutes les conditions de débits, ce qui est souvent difficilement réalisable. Il est généralement recommandé de prévoir plus d’un point de dosage afin d’offrir une plus grande souplesse. Dans les grandes stations de boues activées, l’injection peut se faire directement dans les bassins d’aération ou dans les canaux de transfert entre les bassins d’aération et les décanteurs lorsqu’ils offrent une turbulence suffisante pour effectuer le mélange. A la STEP de Bizerte il n’y a pas d’espace libre pour créer un bassin de mélange du produit déphosphatant avec la liqueur mixte.

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A gauche une photo prise à la station d’épuration de mateur d’installation de préparation de solution de sulfate d’aluminium dans deux bacs avec deux pompes doseuses, pour l’injection de la solution en tête du bassin d’activation.

L’élimination d’une tonne de phosphore nécessite 14 tonnes de réactif à base de fer à 13 %, 17 tonnes de réactif à base d’aluminium à 5 %, 12 tonnes de réactif à base d’aluminium à 7%.

C’est généralement dans le bassin d’aération qu’elle est réalisée. Les résultats sur des stations d’épuration traitant le phosphore par voie physico-chimique ou combinée montrent qu’une concentration moyenne de 1,3 mg/l en phosphore total dans l’eau traitée est généralement atteinte, ce qui correspond à un rendement d’abattement moyen de 89 % pour une concentration initiale

dans l’eau usée de 13 mg Ptotal/l.

Le rendement d'élimination d'une précipitation simultanée est de 80 à 90 %. Les boues activées sont alourdies, leur indice de MOHLMAN baisse; la méthanisation des boues n'est d’ailleurs pas perturbée par la présence des sels métalliques.

On ne pourra jamais atteindre les concentrations de 0,1mg Ptotal/l exigées par la norme actuelle tunisienne, sauf après un effort technique et économique trop important.

Le produit déphosphatant le moins cher en Tunisie serait le sulfate d’aluminium cristallisé et

hydraté, ayant pour formule Al2(SO4)3, 18 H2O. Cette molécule hydratée de couleur blanchâtre à incolore, a une masse molaire de 667g avec un poids spécifique de 1,62 g/l. Ce sel contient en théorie donc 8,1% d’aluminium (le produit industriel contient 7%) ou 1 kg de ce sel contient 81g d’aluminium qui peut théoriquement précipiter 93 g de phosphore.

D’autres traitements tertiaires de l’effluent épuré (sortie du clarificateur conventionnel) peuvent être ajoutés par :

 Filtration sur filtre à sable par exemple permettant de réduire la concentration en phosphore total en sortie à 0,8 mg P/l;  Décantation grande vitesse avec ajout de floculant (vitesse ascensionnelle supérieure à 0,6 m/h) conduisant à une concentration en phosphore total de 0,5 à 1 mg P/l.  Séparation du mélange eau/boue par des membranes à la place du clarificateur : l’effluent recueilli, exempt de toutes matières en suspension, contient du phosphore sous forme soluble (phosphates essentiellement) à une concentration de 0,2 à 0,3 mg P/l. Comparaison des procédés de déphosphatation

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La comparaison technico-économique des deux techniques « déphosphatation physico-chimique » et « déphosphatation biologique + complément physico-chimique » tourne à l’avantage de la seconde dès que la taille de l’installation dépasse quelques milliers d’habitants et fonctionne en moyenne charge.

Caractéristiques des traitements physico-chimiques et biologiques pour l’élimination du phosphore.

Il est important de signaler que la pollution résiduelle en phosphore rejetée par les stations d’épuration, et en particulier pour le cas présent celle de Bizerte, est à considérer par rapport à la pollution phosphorée rejetée par les terres agricoles.

Traitement tertiaires : Désinfection

La désinfection dans des bassins de maturation en série, peut se faire en aval d’un traitement biologique intensif par boues activées, comme c’est le cas de la station d’épuration des eaux usées de la ville de Tabarka (Tunisie).

Les eaux usées traitées au niveau secondaire puis désinfectées dans des bassins de maturation pour être réutilisées _ pour l’irrigation du terrain de golfe proche de la station d’épuration.

Le premier but des bassins de maturation est l'enlèvement des pathogènes, avec une élimination simultanée de la DBO.

L'enlèvement de pathogène repose sur la sédimentation et sur le soleil : les spores, les kystes et les œufs de pathogènes sont éliminés par sédimentation et se retrouvent emprisonnés dans les boues. Les bactéries et les autres microorganismes pathogènes sont très sensibles aux rayons ultra-violets (UV) provenant du soleil.

En plus de fournir ces UV, le soleil accentue la photosynthèse algale, ce qui a pour effet de consommer rapidement le dioxyde de carbone et d'augmenter le pH du bassin. Les rayons UV combinés à un pH élevé sont donc responsables de l'élimination des pathogènes.

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L’abattement des germes pathogènes est amélioré quand on multiplie le nombre des bassins en séries de trois, comme le montre la figure ci-haut

La profondeur des bassins de maturation ne doit pas être trop profonde pour permettre aux rayons de soleil de bien pénétrer. Une hauteur d’environ 1 mètre est à ne pas dépasser.

Un temps de séjour entre 5 et 10 jours est largement suffisant en Tunisie compte tenu de la température et du nombre d’heure d’ensoleillement.

Une superficie de 1m2/EH est recommandée pour les conditions climatique de la Tunisie. Sur cette base on aura besoin de 25 ha de superficie pour les bassins de maturation.

Désinfection photocatalytique

Le dioxyde de titane est une substance composée d'oxygène et de titane de formule TiO2. Il s'agit d'un minéral tétragonal, Il a une densité de 4,230. Dans la nature, le titane est présent sous la forme de rutile.

Depuis quelques années, la décomposition photocatalytique de polluants et de micro-organismes dans l'eau représente un intérêt environnemental croissant. Parmi les photocatalyseurs existants,

une attention toute particulière a été portée au dioxyde de titane (TiO2) pour sa grande photo activité (c'est-à-dire actif à la lumière), sa résistance à la photo corrosion, sa photo stabilité, son faible coût et sa non-toxicité.

En exposant le TiO2 à un rayonnement de lumière, des paires "électrons-trous positifs" sont formées et participent à des réactions d'oxydo-réduction entraînant la production de radicaux libres et d'espèces très réactives. Ces espèces très réactives peuvent dégrader les polluants présents dans l'eau ou dans l’air sous une forme non toxique, mais également les micro-organismes.

En ce qui concerne les micro-organismes, il semble que le mécanisme de dégradation soit dû tout d’abord à l’attaque de la membrane cellulaire par les espèces actives générées. La membrane étant

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dégradée, elle ne peut plus remplir entièrement ses fonctions comme par exemple la respiration, la protection de la cellule, etc. Après dégradation de la membrane, il semble que l’ADN et l’ARN soient également touchés par le TiO2 qui peut pénétrer à l’intérieur de la cellule s’il est en suspension dans le milieu.

Cependant, la durée de vie des paires "électrons-trous positifs" dans le TiO2 est très limitée et la recombinaison entre les électrons photoinduits et les trous représente souvent un facteur limitant pour l'activité photocatalytique d'un matériau semi-conducteur. Une des solutions pour augmenter la durée de vie des paires "électrons-trous positifs", et donc d'augmenter l'activité photocatalytique du TiO2, est de le doper avec des métaux nobles, et notamment de l'argent.

De plus, l'énergie d'activation du TiO2 est élevée et seule une petite fraction de la lumière solaire (2- 3%) dans la région des rayons Ultra-violets (UV) peut être utilisée. Il serait donc intéressant de développer des matériaux à base de TiO2 pouvant être excités dans la région de la lumière visible. Plusieurs études antérieures ont démontré que l'incorporation d'atomes d'azote ou de phosphore dans le réseau cristallin du TiO2, ainsi que le greffage de complexes organiques particuliers (complexes à base de porphyrines) dans la matrice TiO2 déplacent le spectre d'adsorption de la région des rayons UV vers la région de la lumière visible.

Depuis quelques années, une méthode de synthèse basée sur le procédé sol-gel a été développée pour la préparation en une seule étape de catalyseurs métalliques supportés. Cette méthode est particulièrement efficace pour introduire des particules métalliques ainsi que des dopants dans un support inorganique de catalyseur.

Ainsi, il y a actuellement des projets en cours de développement et consistent en :

 L'étude de la formation des matériaux photocatalytiques hybrides à base de TiO2 ;  La caractérisation et l'étude de l'activité photocatalytique des matériaux hybrides à base de

TiO2 ;  L'étude de l'incorporation de composés à base de phosphore dans les matrices TiO2 et leur impact sur l'activité photocatalytique de ces nouveaux matériaux hydrides ;

 La synthèse, la caractérisation et l'incorporation dans des matrices TiO2 de complexes organiques capables d'activer le TiO2 par la lumière visible ;  Le développement d'un photocatalyseur à base d'oxyde de titane pour l'élimination des bactéries dans les eaux usées.

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Les facteurs influençant le processus de photocatalyse sont les suivants :

Influence des accepteurs d’électrons (oxygène dissous) : Comme indiqué ci-dessus, la présence d'oxygène dans la solution est un facteur favorable dans la mesure où il limite les risques de recombinaison trou/électron. Une injection d’oxygène dans le réacteur n’est toutefois pas toujours nécessaire. En effet, l’eau peut s’oxygéner par agitation et échange avec l’atmosphère. Dans tous les cas, la différence entre l’air et l’oxygène pur n’est pas drastique. L’ajout d’accepteurs d’électrons permet également de réduire le phénomène de recombinaison trou/électron. L’oxygène joue ce rôle

et forme des espèces O2°- très réactives.

En résumé, il est donc nécessaire de travailler en présence d’accepteurs d’électrons tels qu’O2 afin de diminuer la recombinaison trou/électron et former des radicaux très oxydants. D’une manière générale, les procédés de photocatalyse hétérogène sont plus performants si la concentration en oxygène dissous est élevée.

Influence du pH : Le pH en solution aqueuse affecte énormément la charge de surface du TiO2 ainsi que la taille des agrégats. Le pH pour lequel la charge de surface de l’oxyde est nulle s’appelle le

Point de Zéro Charge (pHPZC). Pour le TiO2, il vaut environ 6,0 ± 0,5. Pour des valeurs différentes de

ce pH, la surface de l’oxyde est chargée. En effet, si le pH est supérieur au pHPZC du TiO2, la surface du photocatalyseur est chargée négativement et l’inverse pour une valeur de pH inférieure à pHPZC.

Dans ces conditions, la dégradation photocatalytique de composés organiques ionisés est très affectée par le pH. En effet, il peut y avoir des interactions répulsives entre le polluant ionisé et la charge de surface du catalyseur ce qui peut modifier les propriétés d’adsorption/désorption. C'est

pourquoi, le pH optimum se situe à proximité du PZC (Point de Zéro Charge) du TiO2.

Influence de la température : Le système photocatalytique ne requiert pas de chaleur car il s’agit d’un processus d’activation photonique. L’énergie d’activation est très faible (quelques kJ/mol) pour une gamme de température de 20 à 80°C. Dans cet intervalle, la température n’a qu’un effet minime sur le phénomène électronique de la photocatalyse. Toutefois, en dehors de cet intervalle, la température a un effet sur les propriétés d'adsorption/désorption et peut de ce fait influencer indirectement les performances du processus.

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Enfin, d’autres considérations industrielles peuvent être prises en compte. En effet, si la température de travail était élevée, les matériaux utilisés pour les installations devraient être résistants à la chaleur et la concentration en oxygène dans l’eau diminuerait. En outre, l'absence de production de chaleur au cours de la réaction est très attractive pour le traitement de l’eau car il n’est pas nécessaire de refroidir après le traitement photocatalytique.

En conclusion, la température n’affecte que très peu la cinétique de dégradation ce qui permet de travailler à température ambiante (optimum entre 20°C et 80°C), d'où des économies d’énergie considérables. Influence de la cristallinité du catalyseur La vitesse de dégradation de certains polluants peut varier en fonction du catalyseur utilisé. En effet, elle dépend fortement du mode de

préparation du TiO2 (support, cristallinité, etc.) et des conditions expérimentales (poudre,

disposition du support, etc.). En particulier, le TiO2 peut se présenter sous diverses formes cristallographiques dont les principales sont l'anatase et le rutile.

Généralement, on considère que l’anatase est la forme photoactive, alors que le rutile a une faible activité photocatalytique. Sur le marché, la plupart des semi-conducteurs présentent une forme cristalline purement anatase.

Cependant, pour différentes raisons qui ne sont pas encore explicables, un mélange d’anatase et de

rutile possède la meilleure photoactivité (e. g. : TiO2 Degussa-P25, qui est constitué de 80% d’anatase et de 20% de rutile). Cette différence de photoactivité entre l’anatase et le rutile est difficile à expliquer. Il a été montré que les vitesses de recombinaison trou/électron sont significativement différentes entre l’anatase et le rutile. Celles-ci étant beaucoup plus grandes pour du TiO2 constitué de rutile.

Les facteurs électroniques ne sont pas suffisants pour expliquer la différence de photoréactivité entre les deux phases. Comme le catalyseur peut être utilisé sous différentes formes (poudres, grains, déposé sur des surfaces à base de fibre de verre, sur des tissus, des plaques métalliques, de la cellulose), plusieurs paramètres physico-chimiques peuvent également être considérés :

 la surface hydroxylée du catalyseur : les groupements hydroxyles à la surface du TiO2 favorisent l’adsorption de O2 ;  la taille des particules : des petites particules présentent une meilleure dispersion dans la phase aqueuse, favorisent les interactions photons/catalyseur/polluants ;  la surface spécifique du catalyseur : une grande surface spécifique augmente les interactions catalyseur/polluants. Influence de la turbidité : La turbidité, causée par la présence de particules et matières en suspension, est une mesure de l’aptitude de l’eau à disperser et adsorber la lumière. Cela dépend de nombreux facteurs comme la taille, la quantité, la forme, l’indice de réfraction des particules et la longueur d’onde de la lumière irradiante. La présence de ces matières en suspension peut interférer avec l’intensité du rayonnement UV. C’est pourquoi, il est conseillé de filtrer l’eau à traiter avant le réacteur photocatalytique, si celle-ci présente une turbidité excessive.

La désinfection photocatalitique peut se faire moyennant :

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 L’injection du dioxyde de titane en poudre dans l’eau usées traitées à désinfecter, et la poudre de dioxyde de titane doit être maintenue en permanence en suspension pour une meilleure efficacité. A la sortie de l’installation de désinfection photocatalytique, il est obligatoire de séparer la suspension d’oxyde de titane de l’eau par une décantation finale. L’eau à désinfecter circulera dans des panneaux orientables vers le soleil. A défaut Les panneaux peuvent être fixes mais dirigés vers l’angle optimal de réception des rayons solaire. Il et évident que les jours où l’ensoleillement est faible ou encore la nuit quand il n’y a pas d’ensoleillement, le système est inefficace. L’obligation de mettre en place une décantation, le mécanisme d’orientation vers le soleil et l’arrêt de la désinfection la nuit et durant les jours de couverture du soleil, font que ce procédé est très peu utilisé pour les grandes stations d’épuration.  Le dioxyde de titane peut être utilisé sous forme de peinture du fond du bassin. Il n’est pas nécessaire dans ce cas de mettre en place une décantation finale. Par contre il est nécessaire d’assurer un nettoyage très régulier du fond des bassins. L’eau à désinfecter circulera dans des panneaux orientables vers le soleil. Il et évident que les jours où l’ensoleillement est faible ou encore la nuit quand il n’y a pas d’ensoleillement, le système est inefficace. A défaut, les panneaux peuvent être fixes mais dirigés vers l’angle optimum de réception des rayons solaires. Il et évident que les jours où l’ensoleillement est faible ou encore la nuit quand il n’y a pas d’ensoleillement, le système est inefficace. Toutes ces contraintes font que ce procédé est très peu utilisé pour les grandes stations d’épuration. Désinfection à l’hypochlorite

La solution d’hypochlorite de sodium communément appelé « eau de javel » est caractérisée par la teneur en chlore actif qui s’évalue en degrés chlorométrique. C’est la quantité en chlore libre en litres. Ayant le même pouvoir oxydant que 1 kg de produit :

1 degrés chlorométrique = 3,14 g de Cl2 par kg

On peut assurer la déchloration pour éliminer l’hypochlorite en excès avec un ajout de 1g/m3 de bisulfite dans 3 bassins durant 3 à 5 jours.

L’hypochlorite a également plusieurs rôles, secondaires mais importants : oxydation du fer, du manganèse et du sulfure d'hydrogène ; destruction de certains composés engendrant des goûts et des odeurs désagréables ; protection contre les algues et les boues ; enfin, il facilite la coagulation.

L'action du chlore est fonction du pH de l'eau avec laquelle il est en contact : lorsque l'on introduit du

chlore dans l'eau, que ce soit du chlore gazeux (Cl2), de l'eau de Javel ou de l'hypochlorite de calcium (solide), deux acides se forment, l'acide chlorhydrique (HCl) et l'acide hypochloreux ou chlore actif (HOCl); ce dernier se décomposant en ions H+ et ClO- (ion hypochlorite).

Comme il ne porte pas de charge électrique et sa forme ressemble à celle de l'eau, l'HOCl est un bactéricide puissant. La membrane cytoplasmique le laisse donc passer en même temps que l'eau, contrairement au ClO- qui ne pénètre pas du fait de sa charge négative. l'HOCl bloque toute activité enzymatique, à l'intérieur de la cellule, entraînant ainsi la mort de la cellule.

Suivant les formes qu'il adopte, le chlore est plus ou moins actif. Une concentration de 1/10 de chlore actif (HOCl) permettra de détruire 99 % des bactéries témoins telles que Escherichia coli en moins

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de 2 minutes de temps de contact, alors qu'un temps de contact de 100 minutes sera nécessaire en présence de ClO- (eau de Javel), et de 450 minutes en présence de chlore combiné pour des concentrations équivalentes (l'acide hypochloreux à une activité 100 fois supérieure à celle de l'ion hypochlorique et 450 fois supérieure à celle du chlore combiné).

Dans la désinfection par chloration, 4 paramètres interviennent,

 Le pH,  la dose de chlore  Le temps de contact,  La qualité de l'eau et la température Désinfection aux rayonnements Ultra Violets

L’eau à traiter transite dans une chambre d’irradiation où sont placées des lampes, isolées de l’eau par des gaines en silice ou quartz, émettant un rayonnement ultraviolet.

La conséquence directe de l’exposition aux UV est l’interruption de processus de vie et de reproduction de ces pathogènes, ou l’apparition de mutants ne pouvant plus assurer toutes leurs fonctions vitales.

Les cellules vivantes, actives, sporulées; meurent ou tout au moins ne peuvent plus se reproduire ni agir sur le milieu ambiant.

Paramètres de fonctionnement influençant l’efficacité de la désinfection

Le temps d’exposition peut varier de 1 à 300 secondes, mais fréquemment un temps d’exposition de 7 à 15 secondes s’est avéré suffisant pour garantir un rendement satisfaisant.

Les durées de vie de ces lampes sont d'environ 8 000 h pour le type BP (basse pression) et 3000 h pour le type HP (Haute pression). Donc, les lampes doivent êtres changées au moins tous les ans.

Intensité UV émise par les lampes

L’intensité émise nominale est fonction du nombre de lampes allumées. L’intensité lumineuse des lampes à mercure à haute pression diminue avec le temps de fonctionnement, cause du dépôt de

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mercure sur les parois des lampes. En effet lampe utilisée pendant 7 000h perd 30% de son efficacité initiale.

Cette énergie se situe généralement entre 15 et 40 Wh/m3. Les lampes à vapeur de mercure peuvent atteindre 200 w par lampe.

La désinfection des eaux usées par rayonnement ultraviolet se fait généralement au moyen de lampes submergées dans un canal ouvert. Le canal doit être muni d’un régulateur de niveau d’eau pour maintenir les lampes submergées. Dans les grandes installations, ce dispositif est souvent constitué d’une vanne basculante à contrepoids alors que dans les petites installations, il s’agit généralement d’un seuil déversoir offrant une longueur de déversoir suffisante pour minimiser les variations de hauteur d’eau. Les petites installations peuvent se faire au moyen d’un canal préfabriqué. Les lampes sont insérées dans des gaines de quartz. L'épaisseur de la lame d'eau ne doit pas être trop importante car l'eau a un pouvoir d'absorption non négligeable de l'énergie des rayons UV Elle est en général de 15 à 20 mm.

En pratique, pour que la désinfection soit assez rapide on estime que la consommation d'énergie doit être de 40 Wh/m3.

Pour pallier ces problèmes, il existe des systèmes de brossage mécanique automatisés et asservis à des capteurs d'intensité du flux UV-C incident, qui permettent de s'affranchir d'une vérification visuelle de l'état des gaines de quartz et d'un brossage manuel.

L’UV est efficace sur bactéries et virus, œufs d’helminthes et kystes de protozoaires plus résistants (nécessitent des doses UV plus élevées)

Unité de désinfection à la STEP de Kairouan (Tunisie) d’une capacité de 13 000 m3/j

Par les rayons Ultra Violet.

Cette installation est située en aval d’une filtration ouverte sur sable dans une station d’épuration du type aération prolongée ou chenal d’oxydation.

(Vue des lampes Ultra Violet sur un canal vide en eau)

Paramètres de qualité de l’effluent à traiter

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1. La transmission

Les constituants contenus dans l’effluent à désinfecter absorbent le rayon dirigé contre les bactéries. Plusieurs composés chimiques tels que les composés phénoliques, les acides humiques, les sulfonâtes, le manganèse et le fer ainsi que les agents de coloration interfèrent avec la transmittance du rayon à 254 nm. Le pourcentage de transmittance dans un effluent de traitement secondaire peut être de l’ordre de 60 à 74 % alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi d’une filtration), il peut être de l’ordre de 67 à 82 % (EPA, 1986a).

Les mesures effectuées sur les eaux épurées de la station d’épuration de Bizerte, de niveau de traitement secondaire ont donné une bonne transmittance de 91%.

2. Les Matières en suspension

Le rayon UV est peu pénétrant, les MES peuvent fournir une protection aux micro-organismes. Une teneur supérieure à 25 mg/l limite les performances de la désinfection par UV basse pression. Par contre la filtration de l’effluent en de l’UV les améliore.

3. La turbidité

Elle qualifie la diffusion de la lumière par une particule éclairée par une source lumineuse. Elle intègre les MES et les matières dissoutes. On peut conclure que plus le traitement d’épuration en amont de la désinfection est efficace, plus les performances de la désinfection seront grandes. La filtration de l’effluent avant introduction dans le réacteur améliore sensiblement mes performances de la désinfection par UV. Le filtre à sable constitue une barrière aux particules en suspension, c’est une sécurité et une garantie contre les variations possibles de la turbidité.

Traitement tertiaires : Filtration

Parmi les systèmes de filtration, on peut distinguer notamment les filtres gravitaires en construction ouverte et sens d'écoulement de haut en bas, et les filtres en construction fermée et sens d'écoulement de bas en haut.

Une comparaison sommaire de ces deux systèmes de filtration montre, que pour filtrer le volume d'eau demandé au niveau de la STEP de Bizerte, la filtration en construction fermée demande la conception d'un nombre plus important d'unités plus au moins indépendantes que la filtration gravitaire. Ceci se traduit par un nombre plus important d'unités d'équipement des filtres (suppresseurs d'air pour le système air-lift). En plus, avec la filtration en construction fermée, on peut s'attendre à des frais d'énergie plus élevés en raison du fonctionnement en continu des systèmes de lavage du matériau filtrant.

Enfin, la filtration gravitaire en construction ouverte présente plus de sécurité de point de vue exploitation et elle est plus adaptée aux conditions locales en Tunisie. A cet effet, on opte pour la filtration des eaux traitées de la STEP de Bizerte pour les filtres gravitaires en construction ouverte.

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A part la réduction additionnelle des matières en suspension la filtration a des effets secondaires sur la réduction parallèle des paramètres suivants :

 DBO5  DCO  Composantes de l'azote (ammonium, nitrites, nitrates, azote organique)  Phosphore  Métaux lourds  Couleur Les matériaux filtrants (normalement du sable quartzeux) sont disponibles en Tunisie

*Inconvénients :

 L'installation de filtration des eaux usées nécessite :  l'équipement électromécanique (pompes et suppresseurs) de rétro-lavage,  le matériau filtrant qui est à suppléer régulièrement et à remplacer de temps en temps (en moyenne : après une durée de fonctionnement de quelques années),  l'énergie, notamment pour l'exploitation du système de rétro-lavage et pour le recyclage des eaux de lavage vers la tête de la STEP,  du personnel pour l'exploitation et l'entretien du système de filtration, - des réactifs en cas d'une filtration de floculation,  de l'eau filtrée (d'un débit de l'ordre de 3 à 5 % de l'eau traitée) pour le rétro-lavage du filtre, Dans le cadre de l'exploitation du système de filtration, les problèmes suivants peuvent se manifester:

 colmatage du filtre à cause d'une surcharge par des matières en suspension,  fuites élevées du matériau filtrant par le rétro-lavage du filtre,  infiltration du matériau filtrant au fond du filtre avec la conséquence d'un colmatage éventuel des buses du filtre,  élimination insuffisante des polluants (notamment du phosphore) en cas d'un sous-dosage des réactifs de floculation ou bien des teneurs élevées en composantes des réactifs (Fer, AI, - 2- Cl , SO4 etc.) dans les eaux usées filtrées en cas d'un surdosage des réactifs de floculation. Les types de filtre diffèrent selon les mécanismes physiques d'adsorption des MES; on distingue la filtration en surface et la filtration en profondeur.

La filtration en surface s'effectue soit sur un lit filtrant d'une épaississeur faible (0,2 à 0,3 m), soit par des tamis ou des plaques minces filtrants (comme des fibres en coton ou similaire). La séparation des matières en suspension est assurée seulement par les pores de la surface. Dû à ce fait, il s'ensuit un colmatage relativement rapide qui, par conséquent, nécessite un lavage fréquent (plusieurs fois par jour). Ce risque d'un colmatage rapide est l'une des raisons plus importantes qui ont empêché l'utilisation étendue de ce type de filtres dans le domaine de traitement des eaux usées.

Par contre, la filtration en profondeur est bien adaptée pour le traitement des eaux usées. La filtration s'effectue sur un lit filtrant d'une ou de plusieurs couches ayant une épaisseur totale du lit filtrant d'environ 1 à 2,5 m. On optera pour cette solution.

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La solution la plus éprouvée dans la pratique de traitement tertiaire des eaux usées est la filtration de haut en bas soit d'une couche unique à sable quartzeux, soit de deux couches de différents matériaux filtrants, à savoir une couche de sable en bas et une couche d'un matériau plus léger (comme par exemple l'anthracite) au dessus de cette couche de sable.

En effet la désinfection à l’eau de javel ou aux rayons ultraviolets est plus efficace si les eaux traitées au niveau secondaire sont de très bonnes qualités.

Une filtration préalable à la désinfection est bénéfique en matière d’efficacité et d’économie de produits chimiques ou agents désinfectants.

On distingue deux types de filtres, selon leur mode d’élimination de la pollution.

Filtre classique :

 Elimination de la pollution par voie physico-chimique  Sable de diamètre 1 à 2 mm  Vitesse entre 5 et 15 m/h  Rendement 70% MES Filtration biologique :

 Superposition de l’élimination physico chimique et biologique  Sable du type Biolite (poreux)  Vitesse inférieure à 3 m/h  Rendement 80% MES De part leur mode de fonctionnement on distingue deux types de filtres : Les filtres fermés et les filtres ouverts.

Filtre à sable ouvert à la STEP de Kairouan Une des quatre unités de filtration sur sable

La plupart des installations filtrantes destinées au traitement des eaux usées clarifiées, de fort débit, utilisent des filtres ouverts, en général en béton.

Suivant les cas, l'eau à filtrer ne reçoit au préalable aucun réactif, elle est simplement coagulée sans phase de décantation, ou bien coagulée, floculée et décantée; ce dernier cas est le plus fréquent Le

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mode de traitement influence la conception technologique des filtres et surtout la conception d'ensemble de la batterie filtrante. Le cas le plus courant, on filtre l’eau tel quelle sans additif chimique.

Les filtres ouverts fonctionnent à des vitesses de filtration inférieures à 5 m/h dont la hauteur du sable est généralement aux environs de 1 m, et peuvent être lavés soit simultanément à l'air et à l'eau, soit successivement à l'air puis à l'eau.

Le lavage de ces filtres s'effectue par retour simultané d'air à fort débit et d'eau à débit réduit, suivi d'un rinçage à débit moyen ne provoquant pas de mis en expansion du lit filtrant.

La faible hauteur de la lame d'eau qui surmonte le sable (0,50 m) est un avantage important au point de vue de l'exploitation : elle permet d'effectuer très rapidement le rinçage puisque les impuretés à évacuer ne sont pas diluées dans une grande quantité d'eau. On réalise ainsi à la fois une économie de temps et d'eau de lavage. L'exploitation de ce type de filtre est d'une extrême simplicité et peut être assurée par une main d'œuvre non spécialisée.

A la STEP de Bizerte le débit moyen est 1000 m3/h. Le débit de pointe horaire en entrée de la STEP est de 1 100 m3/h x 1,5 = 1 700 m3/h. Le débit de pointe des eaux traitées à la sortie de la STEP sera amorti et on aura un cœfficient de pointe horaire de 1,35 soit 1 500 m3/h. Pour une vitesse de 3,3 m/h et un débit à traiter en sortie de la station d’épuration de Bizerte de 1500 m3/h, on aura besoin de 460 m2 de superficie de filtration. Soit 6 unités de 77 m2 chacune, fonctionnant en automatique.

Le choix des caractéristiques du sable est très important, une attention particulière doit être donnée aux aspects suivants :

 La granulométrie (courbe caractéristique)  La Taille effective des matériaux (correspond au pourcentage 10)  Le Coefficient d’uniformité (rapport 60% sur 10%=1,5)  La Forme des grains (anguleux ou rond)  La Friabilité (pas de risque de production des fines)  La Perte à l’acide  La Masse volumique  Du Sable quartzeux, marbre… Le rétro-lavage sera automatique sur minuterie et/ou pression différentielle de colmatage du sable.

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