Étude par ICP du lixiviat de la décharge publique non contrôlée de la ville de Sidi Bennour par filtration percolation à travers une matrice purifiante

Échantillonnage et caractéristiques des matériaux adsorbants

Les eaux usées utilisées sont collectées au niveau de la décharge publique non contrôlée ci-dessus (figure 1), ainsi que les eaux souterraines des puits situés aux alentours du site et représentés par P1, P2, P3, P4 et P5.

Le sable utilisé a été prélevé le long du littoral de la ville d’El Jadida. Ce dernier a été dans un premier temps, soigneusement lavé et séché à 40 °C dans une étuve, ensuite tamisé, désaliéné, analysé par diffraction X pour avoir une idée très précise sur le taux de présence de la calcite et de la silice et finalement par spectroscopie ICP (Inductance couplage plasma) pour s’assurer de l’absence de traces des métaux lourds. Pour identifier minutieusement les échantillons de sable, des analyses chimiques ont été effectuées par spectrométrie d’émission atomique avec plasma à couplage inductif (ICP-AES) et la distribution granulométrique (figure 2) a été étudiée.

L’analyse chimique réalisée par spectrométrie d’émission atomique avec plasma à couplage inductif (ICP-AES) a été appliquée pour indiquer précisément les caractéristiques chimiques du sable naturel utilisé dans nos expériences. Le résultat résumé dans le tableau 1 montre que le sable de taille granulométrique 100 µm contient une grande quantité d’alumine et très concentré en silice ce qui peut permettre l’interaction avec les oxydes contenus dans les cendres pour former une bonne disposition d’adsorbant performant.

Les cendres volantes et les mâchefers sont les plus courants parmi les déchets de charbon qui sont utilisés comme adsorbants, et dans cette étude, les deux cendres ont été extraites de la centrale thermique de Jorf lasfar « JLEC », située à 17 km de la ville d’El Jadida. Les cendres volantes (figure 3) sont produites par les précipitâtes dans les cheminées de la centrale électrique au charbon. Il apparaît dans une couleur grise avec des particules sphériques typiques. Les cendres volantes sont bien connues pour leurs propriétés pouzzolaniques et leur surface chargée négativement. Cependant, les mâchefers (Figure 3b) sont produits en étant retirés du lit du four, évacués vers le réservoir d’eau et pompés dans des lagunes étalées en attendant de se dessécher. Visiblement, il apparaît dans une couleur sombre, leurs particules sont assez poreuses et ressemblent à la lave volcanique. 

Pour améliorer la compréhension du processus de filtration, les échantillons des deux cendres ont été soumis à la fluorescence X pour indiquer leur composition chimique, puis au tamisage granulométrique qui évaluent la distribution granulométrique, et en ce qui concerne la structure cristalline et la surface de chaque type de cendres, ils ont été impliqués par Taoufiq et al, qui a examiné les cendres extraites de la même centrale électrique « JLEC » utilisée dans nos expériences, ainsi son résultat serait pris en considération lors de la discussion d’adsorption puisque nous présentons la même source de cendres.

La composition chimique des cendres volantes et des mâchefers analysés par fluorescence X est donnée dans le tableau 2.

La distribution granulométrique des cendres et mâchefers est schématisée dans la figure 4.

La photo ci-dessus, illustre la structure morphologique des cendres de foyer obtenue par microscope à balayage électronique MEB avant filtration : elles se présentent sous la forme de particules poreuses de tailles irrégulières. Cela va dans le sens signalé par Wei-ling Sun et al, qui ont étudié une cendre de foyer similaire. Ils ont montré que la plupart des grains de cendres de foyer se présentent sous forme de sphères creuses ou de sphères comblées par des sphères plus petites.

Le sol agricole argileux a été collecté près de la ville d’El Jadida. L’argile est un excellent adsorbant pour éliminer les métaux lourds des solutions aqueuses. La texture du sol est présentée dans la figure 5.

Et sa composition chimique donnée après analyse par la technique de la fluorescence X est donnée dans le tableau 3 et le spectre obtenu par diffraction des rayons X est schématisé dans la figure 7.

Le résultat montre que le sol utilisé dans nos expériences, contient des éléments majeurs de silice, de l’alumine de chaux vive et du fer qui augmente l’interaction avec les oxydes contenus dans les cendres de charbon.

Montage de filtration percolation utilisé

Le montage expérimental de filtration percolation utilisé dans notre laboratoire est schématisé dans la figure 8. Il s’agit d’une colonne verticale de 1,5 m de hauteur et 20 cm de section. Le choix de la matrice filtrante a été opté après plusieurs critères physiques comme la vitesse des écoulements, la porosité et surtout la taille granulométrique. Nous avons utilisé comme supports filtrants le sol agricole argileux, les cendres volantes, les cendres de foyer (mâchefer), et le sable marin de taille granulométrique 100 µm. Ces matrices filtrantes sont disposées par étages comme indiqués dans le schéma de la figure 8.

Résultats et Discussions

Les eaux usées proviennent de la décharge publique non contrôlée située à 6 km de la ville Sidi Bennour. Ces dernières ont été analysées soigneusement par ICP (Inductance couplage plasma), et ont montré la présence de traces de métaux lourds. Le tableau 4, présente en mg/l la concentration de ces éléments dans le lixiviat brut, et après filtration à travers la matrice purifiante : sable de taille granulométrique 100 µm, le sol agricole argileux, les cendres volantes et les mâchefers. Pour valider nos résultats, une comparaison s’avère très intéressante de comparer ces valeurs avec l’eau potable du robinet de notre laboratoire.

Pour mieux visualiser ces résultats, les histogrammes de la figure 9, montre clairement ces abattements par comparaison avec l’eau potable.

nous remarquons que la concentration des métaux les plus toxiques dans ces puits est relativement faible pour deux raisons. La première est que, ces puits sont loin de la décharge publique comme le montre l’image de la figure 1, et la seconde raison est que les eaux de la nappe phréatique ont subi une infiltration à travers la couche formant le sol argileux de cette région.

Conclusion