Titre de série : | Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement | Titre : | Traitement des eaux usées industrielles par des procédés membranaires sous climat sahélien : : cas des eaux usées de brasserie au Burkina Faso | Type de document : | texte imprimé | Auteurs : | Boukary SAWADOGO | Année de publication : | 2018 | Importance : | 195 p. | Langues : | Français (fre) | Résumé : | Les industries de production de boissons génèrent quotidiennement des volumes importants d’eaux usées. Du fait des résidus de production mais aussi de l’utilisation de produits de lavage et de désinfection, ces rejets industriels, en plus d’être chargés en matière organique, contiennent des polluants minéraux indésirables comme le sodium. L’utilisation d’un traitement par Bioréacteur à Membranes (BàM) permet de dégrader la pollution organique tout en favorisant en aval la mise en place de traitements plus poussés comme l’osmose inverse (OI), l’électrodialyse (ED) et la nanofiltration (NF) qui permettront par leurs performances, une réutilisation des eaux usées traitées. Ainsi, différents pilotes de BàM (membranes organiques immergées, céramiques recirculées) couplés à des pilotes de NF/OI et/ou ED ont été utilisés afin de valider la pertinence des technologies membranaires dans le contexte climatique sahélien pour une réutilisation des effluents de l’industrie de production de bières et de boissons gazeuses. L’évolution de la biomasse dans le réacteur biologique et les performances épuratoires des systèmes ont été suivies. Les résultats obtenus montrent que la composition des eaux usées industrielles étudiées connait des variations importantes avec des teneurs moyennes de demande chimique en oxygène (DCO), de sodium et de pH de 5 gO2/L, 0,5 g/L et de 11 respectivement. Le fonctionnement des installations montre que l’évolution des microorganismes dans le réacteur biologique est fortement influencée par les conditions opératoires comme le pH et la température. Ensuite la charge organique a directement influencé la production de boue, le temps de séjour des boues (SRT) a impacté le colmatage des membranes et les performances mécaniques ont joué sur la croissance des microorganismes. L’élimination de la pollution organique a été influencée par l’acclimatation de la biomasse et par la charge massique dans le réacteur. Des rendements d’élimination de la DCO compris entre 93 et 96 % ont été obtenus aussi bien en conditions aérobie qu’anaérobie. Le sodium a été très peu retenu par le traitement au BàM avec des rendements d’élimination faibles. Lors du traitement des eaux usées réelles, le taux de conversion observé lors du traitement aérobie est de l’ordre de 0,166 kgMVS/kgDCO alors que le rendement moyen de production de biogaz avec le BàM anaérobie est estimé à 0,21±0,03 L biogaz/gDCO éliminé pour un débit moyen journalier de biogaz de 89±40 L/j. L’utilisation de la NF en post-traitement du BàM permet d’affiner le traitement aussi bien de la matière organique dissoute que des ions. Quant à l’ED, si elle permet une meilleure élimination de la salinité, la matière organique dissoute, elle n’est pratiquement pas impactée. Les concentrations de sodium dans les produits finaux de traitement avec la NF et l’ED sont inférieures à 150 mg/L autorisant ainsi une possible réutilisation des
eaux traitées pour l’irrigation et un déversement sans risque dans l’environnement. Aujourd’hui, le coût d’exploitation de la station de traitement de la Brakina est évalué à 136 FCFA/m3 d’eau traitée (0,21 euro/m3 d’eau traitée) dont environ 72% consacrés à la neutralisation des eaux usées par l’addition d’acide concentré. L’amélioration du traitement par les technologies BàM-NF requiert un investissement estimé à 3,8 milliards de FCFA (5,7 millions d’euros). Les charges d’exploitation sont ensuite évaluées à 322 FCFA/m3 d’eau traitée (0,49 euro/m3 d’eau traitée) pour un BàM aéré contre 227 FCFA/m3 d’eau traitée (0,35 euro/m3 d’eau traitée) pour un BàM anaérobie soit une économie de 30%. La construction d’un tel système permettrait de valoriser les eaux usées dans des activités de maraîchage en aval de la station de traitement de Kossodo et générerait ainsi des centaines d’emplois permanents avec des revenus nets supérieurs à 12 millions FCFA/mois (18 675 euros/mois) améliorant ainsi l’empreinte environnementale et la politique sociale de la Brakina. Toutefois, les investissements importants et la disponibilité spatiale pourraient être les principales contraintes à la mise en oeuvre de ce projet.
Abstract : The beverage industries generate large volumes of wastewater daily. Due to production residues and washing and disinfecting products, these industrial discharges, in addition to being loaded with organic matter, contain mineral pollutants such as sodium. Thus, the treatment scheme is composed of a membrane bioreactor (MBR) for the degradation of organic pollution followed by reverse osmosis (RO) and/or electrodyalysis (ED) and/or nanofiltration (NF) which are efficient processes for the removal of dissolved inorganic pollutants. Several lab-scale pilot as MBR or NF and ED were used to study the treatment of effluents from the beer and soft drinks industry using membrane technologies in the Sahelian climate context (high temperature and need to recycle water). The influence of the operating conditions on the facilities running was also evaluated with a focus on biomass evolution and the treatment efficiency. The results obtained show that the characteristics of the industrial wastewater used vary significantly with average levels of chemical oxygen demand (COD) of 5 gO2/L, sodium of 0.5 g/L and pH of 11. The evolution of the microorganisms in the biological reactor is influenced by the operating conditions like the pH and the temperature. Then, the organic load of the feed directly influenced the sludge production, the sludge retention time (SRT) impacted the membrane fouling and the mechanical performances played a role on the growth of microorganisms. Elimination of organic pollution was influenced by the acclimation of the biomass and by the mass loading in the reactor. COD removal efficiencies between 93 and 96% were obtained both aerobically and anaerobically. Sodium was poorly retained by MBR treatment with low retention rates. During the treatment of actual wastewater, the conversion rate observed during aerobic treatment is in the order of 0.166 kgVSS/kgCOD whereas the average biogas production yield with anaerobic MBR is estimated at 0.21±0.03 L biogas/gCOD removed for an average biogas daily flow rate of 89±40 L/d. The application of NF downstream MBR pilot has led to higher quality effluents with removal of both dissolved organic matter and ions. ED led to better salinity removal as a result of MBR but less of dissolved organic matter. The sodium concentrations in the final products of treatments obtained with NF and ED are less than 150 mg/L thus allowing a possible reuse of treated water for irrigation and a safe rejection in the environment. Considering the different activities, the operating cost of the current Brakina pre-treatment station is estimated at 136 FCFA/m3 of treated water (0.21 euro/m3 of treated water), of which about 72% for the neutralization of wastewater by the addition of concentrated acid. Improving treatment with MBR-NF coupling shows an investment estimated at 3.8 billion FCFA (5.7 million euros). Operating expenses are estimated at 322 FCFA/m3 of treated water
(0.49 euro/m3 of treated water) for an aerated MBR compared to 227 FCFA/m3 of treated water (0.34 euro/m3 of treated water) for anaerobic MBR is a decrease of 30%. The construction of such a system could lead to the sustainability of market gardening downstream of the Kossodo treatment plant and generate hundreds of permanent jobs with net revenues of more than 12 million FCFA/month (18.675 euros/month). Also, this could be a showcase for the social and environmental policy of Brakina. However, the major investments, the space requirements that the implementation of this proposal requires and the unavailability on site of technical competence for the maintenance of the system could be the main constraints to the implementation of this project. |
Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Traitement des eaux usées industrielles par des procédés membranaires sous climat sahélien : : cas des eaux usées de brasserie au Burkina Faso [texte imprimé] / Boukary SAWADOGO . - 2018 . - 195 p. Langues : Français ( fre) Résumé : | Les industries de production de boissons génèrent quotidiennement des volumes importants d’eaux usées. Du fait des résidus de production mais aussi de l’utilisation de produits de lavage et de désinfection, ces rejets industriels, en plus d’être chargés en matière organique, contiennent des polluants minéraux indésirables comme le sodium. L’utilisation d’un traitement par Bioréacteur à Membranes (BàM) permet de dégrader la pollution organique tout en favorisant en aval la mise en place de traitements plus poussés comme l’osmose inverse (OI), l’électrodialyse (ED) et la nanofiltration (NF) qui permettront par leurs performances, une réutilisation des eaux usées traitées. Ainsi, différents pilotes de BàM (membranes organiques immergées, céramiques recirculées) couplés à des pilotes de NF/OI et/ou ED ont été utilisés afin de valider la pertinence des technologies membranaires dans le contexte climatique sahélien pour une réutilisation des effluents de l’industrie de production de bières et de boissons gazeuses. L’évolution de la biomasse dans le réacteur biologique et les performances épuratoires des systèmes ont été suivies. Les résultats obtenus montrent que la composition des eaux usées industrielles étudiées connait des variations importantes avec des teneurs moyennes de demande chimique en oxygène (DCO), de sodium et de pH de 5 gO2/L, 0,5 g/L et de 11 respectivement. Le fonctionnement des installations montre que l’évolution des microorganismes dans le réacteur biologique est fortement influencée par les conditions opératoires comme le pH et la température. Ensuite la charge organique a directement influencé la production de boue, le temps de séjour des boues (SRT) a impacté le colmatage des membranes et les performances mécaniques ont joué sur la croissance des microorganismes. L’élimination de la pollution organique a été influencée par l’acclimatation de la biomasse et par la charge massique dans le réacteur. Des rendements d’élimination de la DCO compris entre 93 et 96 % ont été obtenus aussi bien en conditions aérobie qu’anaérobie. Le sodium a été très peu retenu par le traitement au BàM avec des rendements d’élimination faibles. Lors du traitement des eaux usées réelles, le taux de conversion observé lors du traitement aérobie est de l’ordre de 0,166 kgMVS/kgDCO alors que le rendement moyen de production de biogaz avec le BàM anaérobie est estimé à 0,21±0,03 L biogaz/gDCO éliminé pour un débit moyen journalier de biogaz de 89±40 L/j. L’utilisation de la NF en post-traitement du BàM permet d’affiner le traitement aussi bien de la matière organique dissoute que des ions. Quant à l’ED, si elle permet une meilleure élimination de la salinité, la matière organique dissoute, elle n’est pratiquement pas impactée. Les concentrations de sodium dans les produits finaux de traitement avec la NF et l’ED sont inférieures à 150 mg/L autorisant ainsi une possible réutilisation des
eaux traitées pour l’irrigation et un déversement sans risque dans l’environnement. Aujourd’hui, le coût d’exploitation de la station de traitement de la Brakina est évalué à 136 FCFA/m3 d’eau traitée (0,21 euro/m3 d’eau traitée) dont environ 72% consacrés à la neutralisation des eaux usées par l’addition d’acide concentré. L’amélioration du traitement par les technologies BàM-NF requiert un investissement estimé à 3,8 milliards de FCFA (5,7 millions d’euros). Les charges d’exploitation sont ensuite évaluées à 322 FCFA/m3 d’eau traitée (0,49 euro/m3 d’eau traitée) pour un BàM aéré contre 227 FCFA/m3 d’eau traitée (0,35 euro/m3 d’eau traitée) pour un BàM anaérobie soit une économie de 30%. La construction d’un tel système permettrait de valoriser les eaux usées dans des activités de maraîchage en aval de la station de traitement de Kossodo et générerait ainsi des centaines d’emplois permanents avec des revenus nets supérieurs à 12 millions FCFA/mois (18 675 euros/mois) améliorant ainsi l’empreinte environnementale et la politique sociale de la Brakina. Toutefois, les investissements importants et la disponibilité spatiale pourraient être les principales contraintes à la mise en oeuvre de ce projet.
Abstract : The beverage industries generate large volumes of wastewater daily. Due to production residues and washing and disinfecting products, these industrial discharges, in addition to being loaded with organic matter, contain mineral pollutants such as sodium. Thus, the treatment scheme is composed of a membrane bioreactor (MBR) for the degradation of organic pollution followed by reverse osmosis (RO) and/or electrodyalysis (ED) and/or nanofiltration (NF) which are efficient processes for the removal of dissolved inorganic pollutants. Several lab-scale pilot as MBR or NF and ED were used to study the treatment of effluents from the beer and soft drinks industry using membrane technologies in the Sahelian climate context (high temperature and need to recycle water). The influence of the operating conditions on the facilities running was also evaluated with a focus on biomass evolution and the treatment efficiency. The results obtained show that the characteristics of the industrial wastewater used vary significantly with average levels of chemical oxygen demand (COD) of 5 gO2/L, sodium of 0.5 g/L and pH of 11. The evolution of the microorganisms in the biological reactor is influenced by the operating conditions like the pH and the temperature. Then, the organic load of the feed directly influenced the sludge production, the sludge retention time (SRT) impacted the membrane fouling and the mechanical performances played a role on the growth of microorganisms. Elimination of organic pollution was influenced by the acclimation of the biomass and by the mass loading in the reactor. COD removal efficiencies between 93 and 96% were obtained both aerobically and anaerobically. Sodium was poorly retained by MBR treatment with low retention rates. During the treatment of actual wastewater, the conversion rate observed during aerobic treatment is in the order of 0.166 kgVSS/kgCOD whereas the average biogas production yield with anaerobic MBR is estimated at 0.21±0.03 L biogas/gCOD removed for an average biogas daily flow rate of 89±40 L/d. The application of NF downstream MBR pilot has led to higher quality effluents with removal of both dissolved organic matter and ions. ED led to better salinity removal as a result of MBR but less of dissolved organic matter. The sodium concentrations in the final products of treatments obtained with NF and ED are less than 150 mg/L thus allowing a possible reuse of treated water for irrigation and a safe rejection in the environment. Considering the different activities, the operating cost of the current Brakina pre-treatment station is estimated at 136 FCFA/m3 of treated water (0.21 euro/m3 of treated water), of which about 72% for the neutralization of wastewater by the addition of concentrated acid. Improving treatment with MBR-NF coupling shows an investment estimated at 3.8 billion FCFA (5.7 million euros). Operating expenses are estimated at 322 FCFA/m3 of treated water
(0.49 euro/m3 of treated water) for an aerated MBR compared to 227 FCFA/m3 of treated water (0.34 euro/m3 of treated water) for anaerobic MBR is a decrease of 30%. The construction of such a system could lead to the sustainability of market gardening downstream of the Kossodo treatment plant and generate hundreds of permanent jobs with net revenues of more than 12 million FCFA/month (18.675 euros/month). Also, this could be a showcase for the social and environmental policy of Brakina. However, the major investments, the space requirements that the implementation of this proposal requires and the unavailability on site of technical competence for the maintenance of the system could be the main constraints to the implementation of this project. |
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