La production de sucre et d'alcool à partir de la canne à sucre entraîne une consommation importante d'eau, dont plus de la moitié est rejetée sous forme d'eaux usées, souvent associées à divers sous-produits. Les déversements non traités de ces eaux usées peuvent entraîner des conséquences néfastes sur l'environnement, soulignant ainsi l'importance cruciale du traitement et de la réutilisation des effluents. Le bioréacteur à membrane anaérobie est considéré comme une option technologique pour traiter les effluents présentant des charges organiques très élevées, tandis que la pollution inorganique peut être éliminée par un système de coagulation-floculation ou par la nanofiltration/osmose inverse. Dans cette étude, un pilote de bioréacteur à membrane anaérobie a été utilisé pour éliminer la matière organique des eaux usées d’une industrie sucrière du Burkina Faso et sa conversion en biogaz, favorisée par les conditions climatiques sahéliennes. L'élimination de la couleur, des éléments récalcitrants et de la pollution inorganique a été faite par le couplage de la coagulation floculation avec le sulfate d'alumine et le Moringa Olefeira suivi d’une filtration sur des membranes de nanofiltration et osmose inverse. Pour le cas du Moringa Olefeira, les huiles dans les graines ont été extraites à l'aide d'hexane et d'éthanol. Une variation de l’âge des boues (SRT) de 40 jours à l'infini a été étudiée afin de suivre l'effet des conditions opératoires sur les performances épuratoires du bioréacteur à membrane anaérobie. Avec une charge moyenne à l'entrée de 22 gDCO/L/j, le bioréacteur à membrane anaérobie a présenté une évolution des matières en suspension jusqu'à 32 g/l avec la SRT infinie, comparée à 16 g/l avec la SRT de 40 jours. En ce qui concerne l'élimination de la DCO, le bioréacteur à membrane anaérobie a atteint des taux d'abattement supérieurs à 98%. Le colmatage de la membrane s'est accéléré jusqu'à 5,2 bars avec la SRT infinie, favorisant ainsi une production de méthane de 0,32 L CH4/gDCO éliminée, comparée à la SRT de 40 jours qui a enregistré respectivement 2,1 bars et 0,21 L CH4/gDCO éliminée pour la pression transmembranaire (PTM) et le CH4. Pour l'affinage du traitement et l'élimination de la couleur, le couplage du système de coagulation-floculation avec les membranes de nanofiltration et d'osmose inverse a permis d'abattre à la fois la matière organique et inorganique. L'utilisation du sulfate d'alumine s'est montrée plus performante à des concentrations de pollutions élevées, tandis que le Moringa Olefeira extrait à l'hexane a permis d'atteindre des taux d'abattement supérieurs à 70% pour les métaux lourds. Des rendements épuratoires de plus de 90% ont été obtenus après filtration sur la membrane d'osmose inverse, tandis que la membrane de nanofiltration a montré des taux de rétention de 90% pour la couleur, mais moins de 50% pour les ions monovalents. L’effluent traité à la sortie de la nanofiltration et de l'osmose inverse respecte les normes de rejet du Burkina Faso, avec une qualité supérieure permettant même une réutilisation directe dans l'industrie. La modélisation de la digestion anaérobie pendant la phase de filtration a montré un coefficient de détermination (R2) d'environ 97%, avec une bonne prédiction du colmatage par formation de gâteau et un colmatage interne de la membrane par les produits microbiens solubles avec une fraction fixée sur la membrane de CPMS de 0,01. Pour la mise à l'échelle de la station de traitement des eaux usées de l’industrie sucrière, un investissement d'environ 2,8 milliards est nécessaire, soit 156 FCFA/m3 d'eau usée traitée et des coûts d'exploitation de 0,24 FCFA/m3 d'eau usée traitée avec un retour sur investissement de 10 ans. Ces coûts sont significativement réduits par la récupération du biogaz produit et sa conversion en énergie. La préservation des ressources en eau et l'empreinte environnementale liée aux traitements de ces eaux usées doivent constituer une motivation déterminante pour l'installation de la station de traitement malgré les coûts d'investissement conséquents.

Abstract : The production of sugar and alcohol from sugarcane involves significant water consumption, of which more than half is discharged as wastewater, often associated with various byproducts. Untreated discharge of this wastewater can have detrimental effects on the environment, underscoring the crucial importance of treatment and effluent reuse. The anaerobic membrane bioreactor is regarded as a technological solution for treating effluents with extremely high organic loads, while inorganic pollution can be eliminated through a coagulation-flocculation system or nanofiltration/reverse osmosis. In this study a pilot-scale of anaerobic membrane bioreactor was used to reduce organic matter wastewater from a sugar industry in Burkina Faso and to convert it into biogas, facilitated by the Sahelian climatic conditions. Color removal, refractory elements, and inorganic pollution were achieved by coupling coagulation-flocculation with aluminum sulfate and Moringa Olefeira, followed by filtration through nanofiltration and reverse osmosis membranes. To promote optimal coagulation, oils in Moringa seeds were extracted using hexane and ethanol. Solids Retention Time (SRT) variations from 40 days to infinity were studied to monitor the effect of operational conditions on the purifying performance of the anaerobic membrane bioreactor. With an average input load of 22 gCOD/L/d, the anaerobic membrane bioreactor exhibited an evolution of suspended solids up to 32 g/L during infinite SRT, compared to 16 g/L during a 40-day SRT. Regarding COD removal, the anaerobic membrane bioreactor achieved removal rates exceeding 98%. Membrane fouling accelerated up to 5.2 bars with infinite SRT, thereby favoring increased methane production of 0.32 L CH4/gCOD removed, compared to a 40-day SRT recording 2.1 bars and 0.21 L CH4/gCOD removed for Transmembrane Pression and methane, respectively. For refining treatment and color removal, coupling the coagulation-flocculation system with nanofiltration and reverse osmosis membranes allowed simultaneous removal of organic and inorganic matter. The use of aluminum sulfate proved more effective than Moringa for elevated pollutant concentrations, while Moringa extracted with hexane achieved removal rates exceeding 70% for heavy metals. Removal rates of over 90% were obtained after filtration on the reverse osmosis membrane, while the nanofiltration membrane exhibited retention rates of 90% for color but less than 50% for monovalent ions. The effluents from nanofiltration and reverse osmosis met discharge standards in Burkina Faso, with superior quality enabling direct reuse in the industry. Modeling anaerobic digestion during the filtration phase demonstrated a coefficient of determination (R2) of approximately 97%, accurately predicting membrane fouling by cake formation and internal fouling by soluble microbial products, with a fraction fixed on the membrane of CSMP 0.01. For the scale-up of the wastewater treatment plant at the sugar cane industry, an investment of approximately 2.8 billion is required, with investment costs of 156 FCFA/m3 of treated water and operating costs of 0.24 FCA/m3 of treated water with a return on investment of 10 years. These costs are significantly reduced by recovering the produced biogas and converting it into energy. The establishment of the treatment plant should be driven by the preservation of water resources and the environmental impact associated with wastewater treatment, even considering the substantial investment costs.

La production de sucre et d'alcool à partir de la canne à sucre entraîne une consommation importante d'eau, dont plus de la moitié est rejetée sous forme d'eaux usées, souvent associées à divers sous-produits. Les déversements non traités de ces eaux usées peuvent entraîner des conséquences néfastes sur l'environnement, soulignant ainsi l'importance cruciale du traitement et de la réutilisation des effluents. Le bioréacteur à membrane anaérobie est considéré comme une option technologique pour traiter les effluents présentant des charges organiques très élevées, tandis que la pollution inorganique peut être éliminée par un système de coagulation-floculation ou par la nanofiltration/osmose inverse. Dans cette étude, un pilote de bioréacteur à membrane anaérobie a été utilisé pour éliminer la matière organique des eaux usées d’une industrie sucrière du Burkina Faso et sa conversion en biogaz, favorisée par les conditions climatiques sahéliennes. L'élimination de la couleur, des éléments récalcitrants et de la pollution inorganique a été faite par le couplage de la coagulation floculation avec le sulfate d'alumine et le Moringa Olefeira suivi d’une filtration sur des membranes de nanofiltration et osmose inverse. Pour le cas du Moringa Olefeira, les huiles dans les graines ont été extraites à l'aide d'hexane et d'éthanol. Une variation de l’âge des boues (SRT) de 40 jours à l'infini a été étudiée afin de suivre l'effet des conditions opératoires sur les performances épuratoires du bioréacteur à membrane anaérobie. Avec une charge moyenne à l'entrée de 22 gDCO/L/j, le bioréacteur à membrane anaérobie a présenté une évolution des matières en suspension jusqu'à 32 g/l avec la SRT infinie, comparée à 16 g/l avec la SRT de 40 jours. En ce qui concerne l'élimination de la DCO, le bioréacteur à membrane anaérobie a atteint des taux d'abattement supérieurs à 98%. Le colmatage de la membrane s'est accéléré jusqu'à 5,2 bars avec la SRT infinie, favorisant ainsi une production de méthane de 0,32 L CH4/gDCO éliminée, comparée à la SRT de 40 jours qui a enregistré respectivement 2,1 bars et 0,21 L CH4/gDCO éliminée pour la pression transmembranaire (PTM) et le CH4. Pour l'affinage du traitement et l'élimination de la couleur, le couplage du système de coagulation-floculation avec les membranes de nanofiltration et d'osmose inverse a permis d'abattre à la fois la matière organique et inorganique. L'utilisation du sulfate d'alumine s'est montrée plus performante à des concentrations de pollutions élevées, tandis que le Moringa Olefeira extrait à l'hexane a permis d'atteindre des taux d'abattement supérieurs à 70% pour les métaux lourds. Des rendements épuratoires de plus de 90% ont été obtenus après filtration sur la membrane d'osmose inverse, tandis que la membrane de nanofiltration a montré des taux de rétention de 90% pour la couleur, mais moins de 50% pour les ions monovalents. L’effluent traité à la sortie de la nanofiltration et de l'osmose inverse respecte les normes de rejet du Burkina Faso, avec une qualité supérieure permettant même une réutilisation directe dans l'industrie. La modélisation de la digestion anaérobie pendant la phase de filtration a montré un coefficient de détermination (R2) d'environ 97%, avec une bonne prédiction du colmatage par formation de gâteau et un colmatage interne de la membrane par les produits microbiens solubles avec une fraction fixée sur la membrane de CPMS de 0,01. Pour la mise à l'échelle de la station de traitement des eaux usées de l’industrie sucrière, un investissement d'environ 2,8 milliards est nécessaire, soit 156 FCFA/m3 d'eau usée traitée et des coûts d'exploitation de 0,24 FCFA/m3 d'eau usée traitée avec un retour sur investissement de 10 ans. Ces coûts sont significativement réduits par la récupération du biogaz produit et sa conversion en énergie. La préservation des ressources en eau et l'empreinte environnementale liée aux traitements de ces eaux usées doivent constituer une motivation déterminante pour l'installation de la station de traitement malgré les coûts d'investissement conséquents.

Abstract : The production of sugar and alcohol from sugarcane involves significant water consumption, of which more than half is discharged as wastewater, often associated with various byproducts. Untreated discharge of this wastewater can have detrimental effects on the environment, underscoring the crucial importance of treatment and effluent reuse. The anaerobic membrane bioreactor is regarded as a technological solution for treating effluents with extremely high organic loads, while inorganic pollution can be eliminated through a coagulation-flocculation system or nanofiltration/reverse osmosis. In this study a pilot-scale of anaerobic membrane bioreactor was used to reduce organic matter wastewater from a sugar industry in Burkina Faso and to convert it into biogas, facilitated by the Sahelian climatic conditions. Color removal, refractory elements, and inorganic pollution were achieved by coupling coagulation-flocculation with aluminum sulfate and Moringa Olefeira, followed by filtration through nanofiltration and reverse osmosis membranes. To promote optimal coagulation, oils in Moringa seeds were extracted using hexane and ethanol. Solids Retention Time (SRT) variations from 40 days to infinity were studied to monitor the effect of operational conditions on the purifying performance of the anaerobic membrane bioreactor. With an average input load of 22 gCOD/L/d, the anaerobic membrane bioreactor exhibited an evolution of suspended solids up to 32 g/L during infinite SRT, compared to 16 g/L during a 40-day SRT. Regarding COD removal, the anaerobic membrane bioreactor achieved removal rates exceeding 98%. Membrane fouling accelerated up to 5.2 bars with infinite SRT, thereby favoring increased methane production of 0.32 L CH4/gCOD removed, compared to a 40-day SRT recording 2.1 bars and 0.21 L CH4/gCOD removed for Transmembrane Pression and methane, respectively. For refining treatment and color removal, coupling the coagulation-flocculation system with nanofiltration and reverse osmosis membranes allowed simultaneous removal of organic and inorganic matter. The use of aluminum sulfate proved more effective than Moringa for elevated pollutant concentrations, while Moringa extracted with hexane achieved removal rates exceeding 70% for heavy metals. Removal rates of over 90% were obtained after filtration on the reverse osmosis membrane, while the nanofiltration membrane exhibited retention rates of 90% for color but less than 50% for monovalent ions. The effluents from nanofiltration and reverse osmosis met discharge standards in Burkina Faso, with superior quality enabling direct reuse in the industry. Modeling anaerobic digestion during the filtration phase demonstrated a coefficient of determination (R2) of approximately 97%, accurately predicting membrane fouling by cake formation and internal fouling by soluble microbial products, with a fraction fixed on the membrane of CSMP 0.01. For the scale-up of the wastewater treatment plant at the sugar cane industry, an investment of approximately 2.8 billion is required, with investment costs of 156 FCFA/m3 of treated water and operating costs of 0.24 FCA/m3 of treated water with a return on investment of 10 years. These costs are significantly reduced by recovering the produced biogas and converting it into energy. The establishment of the treatment plant should be driven by the preservation of water resources and the environmental impact associated with wastewater treatment, even considering the substantial investment costs.