Caractérisation physicochimique des rejets liquides d’une industrie de transformation des viandes de volailles avant et après filtration percolation

INTRODUCTION 

L’industrie de la transformation de la viande de volaille utilise de grands volumes d’eau, étant donné l’importance de la salubrité des aliments dans cette industrie. L’eau est consommée au stade du lavage, du nettoyage des équipements, de l’épilage, de la décongélation, de l’éviscération, de l’échaudage et de la transformation ultérieure du produit principal et du sous-produit. De nombreuses zones de l’usine doivent être nettoyées et désinfectées en permanence pour éviter toute contamination microbienne [1-3]. 

Les eaux usées de ces installations contiennent généralement une grosse quantité de sang, de suif, de muqueuses, d’huiles et de graisses libres, ainsi que de graisses ce qui se traduit par de fortes concentrations de matières organiques biodégradables, de DBO, de DCO, de MES, d’azote et de phosphore. Les eaux usées de ces usines contiennent également des bactéries, des virus et des œufs parasites. 

Ces microbes peuvent être pathogènes ou non pathogènes et constituent une source potentielle de contamination. Les techniques de traitement des eaux usées industrielles sont multiples et dont l’infiltration percolation constitue et reste un modèle très intéressant par la simplicité de sa mise en œuvre et par son faible coût d’exploitation ainsi que par ses performances en termes de rendement d’épuration. La présente étude vise à purifier les eaux usées des industries de transformations des viandes de volailles par filtration-percolation, ainsi de déterminer l’efficacité d’autres supports pour la réduction de la pollution. 

Ces produits qui sont des déchets solides issus de la combustion du charbon des centrales thermiques et des scories provenant de la fusion des métaux peuvent être valorisés et utilisés avec succès comme matériaux efficaces pour le traitement des eaux usées [4-7]. Lors de ces essais au laboratoire, nous avons étudié différents paramètres physico-chimiques à savoir le pH, la conductivité, les matières en suspension (MES), la demande chimique en oxygène (DCO), du phosphore total, les ions chlorures (Cl- ) les ions ammonium (NH4 + ). Les résultats obtenus sont très efficaces car nous avons obtenus des abattements très significatifs. 

MATÉRIELS ET MÉTHODES 

Supports solides utilisés

Les matériaux utilisés durant cette étude sont composés de sables marin de granulométries adéquates, de cendres volantes et de scories (figure 1). Les sables utilisés ont été prélevé le long du littoral de la ville d’El Jadida. Ces derniers ont été lavés et finalement séchés soigneusement dans une étuve à 40 °c. Les cendres volantes sont les particules non combustibles entraînées par les fumées lors de la combustion du charbon pulvérisé, utilisé dans les centrales thermiques. Leur composition minéralogique est variée et dépend des différents types de matières incombustibles présentes dans le charbon. 

D’une façon générale, elles sont constituées d’aluminosilicates vitrifiés de calcium, fer, magnésium, potassium, et sodium, associées à des phases de quartz, de silicate d’aluminium et magnétite. Des travaux récents ont montré l’efficacité des cendres volantes pour la réduction et l’élimination de différents polluants organiques et minérales dans l’air (NOx , SOx ) et dans l’eau par phénomène d’adsorption. 

Les scories sont des sous-produits solides issus de la fusion, de l’affinage, du traitement ou de la mise en forme des métaux à haute température. Ce sont des mélanges d’oxydes divers qui surnagent sur le métal en fusion, ou s’en détachent lors de leur mise en œuvre à haute température.Elles sont de compositions extrêmement variées suivant les époques, les procédés et les métaux traités. 

Qu’elles soient des déchets extrêmement polluants ou des coproduits appréciés, les scories métallurgiques représentent un enjeu écologique et économique essentiel dans la métallurgie extractive. Dans le cas particulier de la métallurgie du fer, les scories pauvres en fer sont appelées laitier. Celui-ci représente, en volume, le type de scorie de loin le plus courant. Certaines scories sont recyclées en raison de leur teneur en oxydes; d’autres sont utilisées en cimenterie, pour l’isolation, les revêtements routiers ou comme engrais [8-14]. 

Eaux usées étudiées 

Les prélèvements des eaux usées sont effectués directement au niveau d’un lac servant au rejet liquide d’une industrie avoisinante spécialisée dans la transformation de la viande de volailles (figure 2). Ces rejets liquides ont été stockés à 5°C et à l’abri de la lumière pour éviter toute éventuelle modification physico-chimique. Le dispositif expérimental utilisé dans ce travail (figure 3), est composé d’une colonne en verre de 20 cm de diamètre et de 100 cm de longueur.

RÉSULTATS ET DISCUSSIONS 

Le tableau 1, regroupe les résultats obtenus avant et après traitement des eaux usées étudiées à travers  Le pH La détermination du pH constitue une mesure très importante car la valeur du pH conditionne un grand nombre de réactions biologiques et chimiques dans les eaux naturelles, donc toute modification du pH peut causer des déséquilibres physicochimiques des milieux récepteurs. Les eaux usées étudiées ont un caractère acide (Figure 4). La filtration de ces rejets liquides à travers nos matrices composées de différents supports a permis leur neutralisation. Cette neutralisation peut être expliquée par le caractère basique des supports filtrants. Les supports utilisés, impliqueraient un processus d’échange d’ions qui se fait entre les métaux alcalins et alcalino-terreux des matrices filtrantes et les ions métalliques (Ni2+, Co2+, Zn2+), Ainsi que le processus de complexation de surface qui se fait entre les sites silanol (SiOH) et aluminol (AlOH) et les ions métalliques par échange de proton hydrogène, qui tendent ainsi à élever un peu le pH de la solution [15-23].

La conductivité électrique

Les effluents industriels étudiés présentent une très forte conductivité électrique qui traduit le degré de minéralisation globale. Cette conductivité très élevée est due aux sels dissous dans ces rejets. Le passage de ces eaux usées étudiées à travers la matrice M6 a permis une légère rétention des sels dissous dans l’eau par adsorption et/ ou par phénomène de diffusion ionique [24-29]. (Figure 5).

La demande chimique en oxygène (DCO) 

La pollution organique représente l’ensemble des matières organiques biodégradables et non biodégradables, qui peuvent générer différents problèmes au niveau des milieux récepteurs, mauvaises odeurs, consommation d’oxygène, dégradation de la faune et la flore et perturbation des écosystèmes. Il a été rapporté que différentes matrices sableuses possèdent des propriétés multifonctionnelles telles que la capacité de rétention et d’adsorption de différents polluants organiques, inorganiques et des métaux lourds (figure 6). La majeure partie de la matière organique soluble et particulaire contenue dans les eaux usées étudiées a été retenue par les différents supports utilisés, avec un taux d’abattement très important. Cette réduction de la charge organique dissoute indique qu’une bonne assimilation bactérienne prend place dans le lit filtrant. Ceci est lié probablement à une meilleure oxygénation de ce dernier permettant aux bactéries aérobies de proliférer et d’assurer en conséquence une meilleure minéralisation ou oxydation de la matière organique. L’abattement et l’élimination de la DCO fait intervenir des phénomènes physiques de sédimentation et de filtration ainsi que des phénomènes biologiques de dégradation et de décomposition de la matière organique particulaire et dissoute associés à la flore bactérienne du lit filtrant [30-33].

La demande biochimique en oxygène DBO5

La demande biochimique en oxygène est une unité de mesure de référence de la pollution organique des eaux. En observant les taux et les variations de la concentration en oxygène dissous dans l’eau, on peut en déduire la quantité de polluants organiques qu’elle contient. La raison est simple: bactéries et micro-organismes ont besoin d’oxygène pour dégrader (par oxydation) les matières organiques. En cas de forte pollution de ce type, la suractivité des micro-organismes provoque une baisse de la quantité d’oxygène dans l’eau. Par conséquent, plus la demande d’oxygène est élevée (et donc son taux diminue), plus cela permet de quantifier la pollution. Dans l’épuration biologique, on injecte de l’oxygène dans les effluents à traiter. Paramètre incontournable pour le traitement biologique des eaux usées comme des eaux de surface, la DBO5 correspond plus spécifiquement à la quantité d’oxygène consommée par les micro-organismes sur une période de 5 jours [34- 35]. Nous constatons que nos différentes matrices ont permis un abattement très important (figure 7)

Les ions Orthophosphates 

Le phosphore est l’un des principaux éléments nutritifs qui provoquent l’eutrophisation, phénomène qui se traduit par une prolifération excessive des algues et des cyanobactéries toxiques dans les milieux aquatiques [33-35]. Plusieurs formes de phosphore sont rencontrées dans les eaux usées, mais les orthophosphates étant les espèces de phosphore les plus abondants. Les eaux usées étudiées présentent de fortes charges en orthophosphates. 

Apres filtration sur la matrice M5 nous avons noté un taux d’élimination significatif (Figure 8). Ceci peut être expliqué par l’adsorption du phosphore ou sa précipitation avec le fer, le calcium ou l’aluminium, et, au contraire, favorise la prolifération algale qui est l’un des principaux signes de l’eutrophisation des eaux. Ce phénomène est particulièrement marqué dans les eaux stagnantes. L’eutrophisation engendre de nombreuses conséquences négatives pour l’homme avec, d’une part, la diminution des usages des plans d’eau (pêche, loisirs), et d’autre part, une diminution de l’efficacité des traitements d’eau potable liée à la multiplication des matières en suspension et à la transformation des caractéristiques de l’eau (acidité, odeurs, goût) [35-37]. Nous remarquons une forte réduction du phosphore présent dans les eaux usées étudiées par nos matrices (figure 9).

CARACTÉRISATION DES SUPPORTS UTILISÉS POUR LE TRAITEMENT DES EAUX USÉES ÉTUDIÉES 

L’étude de la composition chimique et minéralogique des supports filtrants est importante afin de comprendre les interactions entre ceux-ci et les différents polluants contenus dans les eaux usées traitées. La caractérisation des supports avant et après traitement permet d’observer la nature des changements après filtration des eaux usées sur les différentes matrices utilisées pour la filtration des effluents liquides. 

Analyse par technique IR

Dans le but de donner une identification plus ou moins complète des fonctions de surface des supports utilisés pour le traitement des eaux usées industrielles, ces matériaux solides ont été analysés par spectroscopie infrarouge avant et après utilisation. 

• a. Le sable marin Le spectre infrarouge de l’échantillon du sable avant et après traitement (figure 10), les deux dilués dans le KBr, montre la présence des bandes suivantes: Une bande vers 3400 cm-1 attribuée au groupement OH de l’eau, une bande faible vers 3100- 2800 cm-1 attribuée à des liaisons N-H dans les nitrates, fonction amine. On note la présence des bandes vers 2500- 2300 cm-1 attribuées aux vibrations des liaisons C-H des aromatiques; La bande 2200-1900 cm-1, attribuée aux vibrations des liaisons C=O des esters des phtalates. Une bande dans la zone 1800-1200 cm-1 est attribuée à la vibration des liaisons N-H et C=N dans les nitrates. La bande qui apparait dans la zone 1200-1000 cm-1 caractérise les carbonates, et enfin des bandes dans la zone 700-500 cm-1, attribuée à l’élongation de C-O dans les acides, alcools et phénols.
• b. Les cendres volantes La figure 11 représente le spectre infrarouge des cendres volantes avant traitement dilué dans le KBr. On note la présence des bandes suivantes : Une bande vers 3400 cm-1 attribuée à des vibrations hydroxyle OH de l’eau. Les bandes qui apparaissent dans la zone 2800 - 2200 cm-1 sont attribuées à des vibrations C-H des aromatiques. 

On note la présence d’une bande vers 2000- 1000 cm-1 attribuée aux vibrations des liaisons d’eau adsorbée. La présence de la bande vers 1400 cm-1 est liée à la vibration de déformation de NH. Les bandes vers 1000 cm-1, peuvent être attribuées à des espèces carbonates ; enfin des bandes 900-500 cm-1 qui expriment la vibration des liaisons Si-O-Si ou Si-O-Al. 

CONCLUSION 

L’étude menée au laboratoire porte sur la dépollution des eaux usées d’une industrie de transformations de viandes de volailles par filtration sur colonne composé d’une couche de sable marin, cendres volantes et scories. Les résultats obtenus nous ont permis de déduire, dans des conditions précises, que les supports étudiés présentent un pouvoir très efficace pour réduire la charge polluante organique et minérale présente dans les eaux usées étudiées, avec un taux de réduction de la pollution moyen dépassant les 75% pour tous les paramètres physicochimiques analysés. En comparant les spectres infrarouges des supports solides ayant servi à la filtration des eaux usées, on peut conclure qu’il y a une faible modification des spectres infrarouge avant et après traitement, ce qui confirme qu’il ya une adsorption de composés organiques. En utilisant ce procédé de traitement, nous avons obtenu des eaux usées filtrées qui répondent aux limites normalisées pour les rejets liquides dans les milieux récepteurs (lacs, rivières, océans…etc.). Ces eaux filtrées peuvent être recyclées et utilisées en agriculture et pour l’irrigation des espaces verts.

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