Добірка наукової літератури з теми "Eaux résiduaires urbaines traitées"

Les effluents issus des stations d’épuration des eaux usées industrielles et municipales contiennent des quantités non négligeables de polluants organiques, inorganiques et microbiens, qui sont rejetés dans l’environnement par voie directe, ou en suivant la filière de réutilisation (irrigation ou arrosage, etc.). Ces eaux résiduaires constituent l’une des principales sources de contamination des eaux de surface et souterraines (augmentation de la demande chimique en oxygène (DCO), coloration et eutrophisation des cours d’eau, etc.). Dans l’optique de palier le déficit croissant des ressources en eau destinées à la consommation humaine, ces eaux résiduaires sont de plus en plus soumises à des traitements poussés en vue d’une réutilisation. Cette réutilisation doit toujours être réalisée dans l’objectif de fournir une eau présentant, en continu, une qualité spécifique liée à l’usage attendu (eau de production, eau de lavage, eau de refroidissement, eau d’irrigation ou d’arrosage, etc.). Les procédés conventionnels peuvent s’avérer non adaptés, notamment par leur manque de fiabilité dans la qualité des eaux traitées et le risque encouru de contamination microbiologique. Pour faire face à cette importante problématique, les techniques membranaires, notamment les bioréacteurs à membrane (BRM), peuvent constituer une avenue potentielle de traitement et de réutilisation de ces effluents. L’intérêt de ces procédés réside dans leur aspect non polluant, leur facilité d’automatisation et leur capacité à éliminer simultanément les différents polluants en une seule étape de traitement. Ces technologies offrent la possibilité de clarifier et de désinfecter simultanément les eaux sans risque de formation de composés organo-halogénés. Dans cet article, les BRM sont situés par rapport aux techniques conventionnelles de traitement biologique d’effluents. Par la suite, un accent particulier est mis sur la présentation des connaissances actuelles concernant les principes de base des BRM, les critères d’application et les conditions d’opération qui influencent les performances de ces technologies. Les développements récents portant sur la modélisation mathématique de fonctionnement et de colmatage de ces modules sont également présentés. Finalement, les applications industrielles et les coûts d’implantation et d’opération de ces technologies sont brièvement discutés.

La mission principale du groupe de travail Epnac est de mettre à disposition des informations techniques sur la conception, le dimensionnement et l’exploitation des ouvrages de traitement des eaux usées adaptés au contexte rural. Il s’adresse notamment aux maîtres d’oeuvre et maîtres d’ouvrage, qu’ils soient issus du domaine privé ou public. Le groupe national inclut l’ensemble des acteurs publics de l’eau et de l’assainissement (financeurs, législateurs, techniciens de terrain), en intégrant une caution scientifique par le biais de l’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (Inrae). Son mode de fonctionnement est inédit à l’échelle nationale, en particulier sa structuration en ateliers participatifs de travail, sur un socle d’acteurs experts et indépendants, avec l’implication active de l’État dans les réflexions. Après une décennie de travail, le groupe comptabilise 46 documents produits directement par ses 15 ateliers, de 2009 à 2019. Les productions sont en libre accès sur le site Epnac, qui contribue ainsi à la mise en ligne de 118 ouvrages de référence, et devient un centre de ressource national dans le domaine de la gestion des eaux urbaines résiduaires des petites et moyennes collectivités. Le colloque dénommé Journées techniques Epnac est également le reflet de ce partage des connaissances en toute objectivité, avec près de 150 participants chaque année venant de différents horizons de la sphère publique. Cette expertise portée par le groupe revêt toute son importance dans le contexte actuel de mouvance des acteurs territoriaux de la gestion de l’eau. Les nouveaux ateliers de travail oeuvrent dès 2020 sur les thématiques « réhabilitation des stations », « procédés nouveaux », « réglementation », « pluvial », « interaction avec les collectivités » et « réutilisation des eaux usées traitées ».

La zone de rejet végétalisée d’Azhurev, qui occupe une surface de 6 ha à l’aval de la station d’épuration du Grand Reims, a été conçue en 2012. Elle reçoit non seulement des eaux usées traitées, mais aussi des rejets urbains de temps de pluie. Son but est d’améliorer la qualité des eaux urbaines traitées en termes de nutriments (azote, phosphore) et d’éliminer des micropolluants urbains, notamment des résidus pharmaceutiques. Après cinq années de fonctionnement, un premier bilan est proposé pour cette zone de rejet végétalisée (ZRV).

Résumé Depuis plus de 15 ans, la Direction de la Recherche et du Développement du Syndicat Interdépartemental pour l’Assainissement de l’Agglomération Parisienne (SIAAP) étudie le procédé de biofiltration des eaux résiduaires urbaines. Les différents travaux de recherche et développement, menés à l’échelle industrielle et semi-industrielle (stations d’épuration/ prototypes/pilotes) ont permis au SIAAP d’acquérir une réelle expérience sur ce procédé de traitement. L’objectif de cet article de synthèse est d’extraire de ces 15 années de travail des informations clés sur les performances et les limites des biofiltres (charges éliminées et influence des conditions d’exploitation sur l’élimination de la pollution) ainsi que sur les mécanismes de colonisation et d’encrassement des massifs filtrants.

Résumé Depuis quelques années, la présence de substances pharmaceutiques a été observée dans les milieux aquatiques y compris dans l’eau potable. Les principales sources de dispersion de ces composés dans l’environnement sont les stations d’épuration des eaux usées (STEP). Une analyse de la littérature publiée sur le sujet est proposée. Ce sont les analgésiques/anti-inflammatoires, les hypocholestérolémiants, les cytostatiques et les bêta-bloquants qui présentent les concentrations les plus élevées en entrée de station d’épuration. Malgré des rendements d’élimination quelquefois très élevés, les concentrations de ces groupes de médicaments restent non négligeables dans les effluents de stations. Les antibiotiques forment un des plus importants groupes de médicaments à cause de leur niveau de consommation, de leur fréquence de détection dans les milieux aquatiques et de leur action spécifique sur les bactéries, notamment celle potentiellement néfaste qu’ils peuvent avoir sur les bactéries mises en oeuvre dans les systèmes de traitement biologique des eaux résiduaires urbaines. Globalement, la charge en antibiotiques est faible dans les eaux usées urbaines mais elle est forte dans les effluents des hôpitaux. Les rendements d’élimination sont, quant à eux très variables, allant de 0 % pour le nitrothiazole à 95 % pour la tétracycline.

Résumé Les eaux résiduaires d’une usine agroalimentaire située à Abidjan, traitées par boues activées, ont été caractérisées en vue d’une réutilisation pour l’arrosage des espaces verts. L’effluent à la sortie de la STEP présente un taux d’abattement d’environ 96 % pour la DCO et la DBO5. Le pH varie entre 6,5 et 8,5. Quant aux parasites (ankylostomes, anguillules, nématodes, helminthes), ils sont tous éliminés. Par contre, en moyenne 1,2•106 coliformes totaux et 8,3•103 coliformes thermotolérants pour 100 mL ont été dénombrés. En outre, la conductivité de l’effluent était en moyenne de 2 670 µmhos/cm avec un taux d’absorption de sodium (SAR) moyen de 23,92. Par conséquent, les effluents traités ne répondaient pas aux recommandations de l’O.M.S. quant à leur réutilisation pour l’arrosage d’espaces verts. La mise en place d’ouvrages supplémentaires d’épuration des eaux pourrait contribuer à réduire les risques sanitaires et ceux liés à la salinité, susceptibles de compromettre la réutilisation des effluents traités pour l’arrosage.

Le but de ce travail a été de caractériser et de quantifier l'électro-précipitation minérale cathodique ayant eu lieu au cours d’un traitement d'électro-oxydation des eaux usées. Le processus d'électro-oxydation a été mené dans un réacteur électrochimique submillimétrique ayant une surface de 50 cm². La conception du réacteur submillimétrique, ou également appelé à couche mince, a été choisie en raison de l'énorme potentiel qu'il pourrait offrir pour les applications environnementales. Par exemple, le transfert de masse et les réactions d'oxydoréduction sont intensifiés et les coûts opérationnels sont diminués grâce à une forte réduction de la résistance interne de la cellule. En dépit de cet intérêt potentiel, peu de recherches ont été dirigées vers ce sujet. Plus précisément, aucune publication existe dans la littérature au regard de la formation de l’électro-précipitation dans une cellule électrochimique à couche mince, contrairement à celle faite sur le montage conventionnel à disque rotatif en laboratoire. Une fois que la cathode est totalement passivée par l'électro-précipitation, l'efficacité de l’électro-oxydation est sans aucun doute compromise. Cette problématique a motivé l’enchaînement des travaux de recherche menées dans cette thèse. Des paramètres déterminants sur la cinétique de l'électro-précipitation ont été examinés, tels que la densité de courant appliquée (japp), la distance interélectrode (delec), la matrice de l'effluent à traiter et le matériau de la cathode. Des modèles théoriques ont été proposés pour accompagner les résultats expérimentaux acquis. D’un point de vue pratique, l'objectif a été d'établir les conditions d'opération pour lesquelles la formation d’entartrage soit minimale, afin d’augmenter la pérennité de l’électro-oxydation. Dans les conditions de fonctionnement appliquées, seuls les précipités de Mg(OH)₂, CaCO₃ et Ca₃(PO₄)₂ étaient présents. Les autres précipités n'étaient pas thermodynamiquement favorisés. La précipitation de Mg(OH)₂ dépendait fortement de japp tandis que le CaCO₃ et le Ca₃(PO₄)₂ se produisaient facilement même à faible japp. Un modèle théorique corrélant le coefficient de transport de matière (km) avec une large gamme de delec (100 à 3000 µm) a été développé. Pour une estimation pratique en cas de l’ajustement d'échelle, une corrélation est également proposée pour le transfert de matière pour le réacteur microfluidique à partir du nombre de Sherwood. Concernant la configuration de la cellule électrochimique, un dépôt plus important a été observé sous condition submillimétrique due à l’évolution concomitante moins intense des bulles de H₂ que dans la configuration macrométrique. Lorsque la comparaison a été faite en utilisant des effluents réels, plus d’électro-précipitation a été produite en raison de la co-précipitation de la matière organique dissoute et probablement à cause de l'effet inhibiteur des sulfates dans l'effluent simulé. Lorsqu’une japp élevée a été adoptée, le polluant pharmaceutique (tylosine) a été plus dégradé et un dépôt moindre a été observé. Mais cela s'est accompagné d'une consommation énergétique significativement plus élevée et d’un relargage de sous-produits indésirables plus important. Enfin, l'utilisation d'une cathode carbonée poreuse n'a donné lieu qu'à une électro-précipitation plus intense et à une production plus importante de sous-produits nocifs
The thesis work evolves around the characterization and quantification of cathodic mineral electro-precipitation taking place during an electro-oxidation treatment of wastewater. The electro-oxidation process was conducted in scalable submillimetric electrochemical reactor with 50 cm² surface area. Submillimetric, or also denoted as microfluidic, reactor design was chosen owing to the potential that it could offer towards its environmental application. For instance, mass transfer and redox reactions were intensified with huge cut in total operational expense owing to significant drop in internal cell resistance. Despite its interest, the quantity of research work devoted to this topic has been underwhelming. Furthermore, no report has yet been made in the literature on the formation of electro-precipitation inside a thin film cell, as opposed to the mineral scaling study performed in conventional rotating disk setup. Once the cathode is totally passivated by the electro-precipitation, the electro-oxidation efficacy is undoubtedly compromised. Hence, it justifies the need for the sequence of research works conducted throughout this thesis. Decisive parameters on the kinetics of electro-precipitation were scrutinized, i.e. the applied current density (japp), the interelectrode distance (delec), the matrix of effluent to be treated and the cathode material. Theoretical predictive models were proposed alongside several experimental results acquired. The objective was to establish the operating conditions by which less mineral scaling was formed without giving an impacting on the electro-oxidation efficiency to maximize its durability.Under the operating conditions applied, only Mg(OH)₂, CaCO₃ and Ca₃(PO₄)₂ precipitates were present. Other precipitates were not thermodynamically favoured. Mg(OH)₂ precipitation was highly dependent on japp whilst CaCO₃ and Ca₃(PO₄)₂ easily occurred even at low japp. A theoretical model correlating mass transfer coefficient (km) and delec in wide range of delec (100 to 3000 µm) was developed. Mass transfer correlation for microfluidic reactor under the form of dimensionless Sherwood number was also proposed for convenient scale up/scale down application. With regard to electrochemical cell configuration, more deposition was observed in submillimetric range due to the involvement of more vigorous concomitant H₂ evolution in macrometric setup. When the comparison was made with real wastewater, more electro-deposition occurred due to co-precipitation of dissolved organics and inhibiting effect of sulfate in simulated effluent. When higher japp was adopted, more organic mineralization, higher pharmaceutics degradation and less mineral scaling were noticed but it was accompanied with higher power consumption and significantly higher release of undesirable byproducts. Finally, the use of porous carbonaceous cathode only yielded in more electro-precipitation and higher undesirable byproducts

Afin de preserver les ressources en eau, le developpement de procedes qui permettent le traitement combine du carbone, de l'azote et du phosphore est necessaire. Dans ce but, les procedes biologiques sont largement utilises. La qualite et la quantite de la matiere organique de l'effluent ont une influence sur les performances de ces procedes. En effet, les bacteries denitrifiantes et dephosphatantes ont besoins d'une fraction de la matiere organique dite rapidement biodegradable. L'optimisation des performances demande la caracterisation de cette fraction. Ce travail propose le developpement de trois methodes de caracterisation. La premiere methode utilise un reacteur aere avec une biomasse en suspension. La consommation d'oxygene dissous est suivie et les donnees sont interpretees en utilisant un protocole d'estimation de parametres. Cette methode permet l'evaluation qualitative et quantitative de la matiere organique. Cependant, la precision des resultats depend du choix des parametres cinetiques et stchiometriques utilises. La deuxieme methode evalue la matiere organique a partir de la cinetique de denitrification d'un systeme a biomasse fixee. Une procedure discontinue et une procedure en continu ont ete testees. A ce stade, la methode en continu peut etre utilisee comme base pour le developpement d'un outil industriel en vue d'une utilisation sur le terrain. La troisieme methode evalue la matiere organique a partir de la cinetique de relargage du phosphore, dans un systeme a biomasse fixee. L'effluent est mis en contact avec la biomasse dans un systeme discontinu. Une equation de premier ordre est proposee pour decrire la cinetique de relargage du phosphore. La valeur de la constante de premier ordre est obtenue par estimation de parametres en utilisant les donnees de concentration en phosphate. Cette constante est utilisee comme parametre d'evaluation de la qualite de la matiere organique.

L'efficacite des dispositions reglementaires en matiere de controle de la qualite des rejets polluants passe par l'amelioration du fonctionnement des ouvrages de traitement. L'un des verrous actuels est notamment le manque de connaissances sur la repartition granulometrique des polluants dans les fractions particulaires et colloidales des effluents. Cette etude contribue ainsi au developpement d'outils permettant d'acceder a une meilleure representation de la matiere organique dans les eaux residuaires urbaines. Le caractere heterogene et complexe de la matiere organique des eaux residuaires urbaines nous a conduit a definir un protocole de caracterisation de ces effluents. Base sur un fractionnement granulometrique couple a la spectrophotometrie ultraviolette et a la mesure de parametres globaux de pollution, ce protocole permet d'acceder a des informations aussi bien quantitatives que qualitatives. Dans un premier temps, les resultats obtenus lors de ce travail ont permis, d'un point de vue methodologique, de developper de nouvelles procedures d'exploitation des spectres uv. En particulier, une approche theorique exhaustive, validee par des experimentations de laboratoire, a permis d'expliquer la revelation de points isobestiques par normalisation. Dans un second temps, l'application de ces developpements methodologiques a la caracterisation de differents types d'eau et a l'etude de l'evolution d'eaux residuaires urbaines a permis de proposer une typologie des differentes fractions granulometriques. L'etude spatio-temporelle d'une eau residuaire urbaines, en fonction de conditions meteorologiques variables, a permis de representer differents phenomenes d'evolution de la matiere organique.

Ce travail presente differentes strategies aboutissant a la selection dans un biofilm des bacteries specialisees dans la dephosphatation biologique (biop). Un protocole operatoire, rendant capable la filiere biofiltres immerges d'eliminer les pollutions carbonees, azotee et phosphoree d'une eau residuaire urbaine par voies biologiques, est propose. Sa mise en uvre requiert l'exposition de la biomasse fixee a une alternance des conditions anaerobie/aerobie (a/o), condition sine-qua-non pour la selection des bacteries biop dans la biomasse fixee. Les essais a l'echelle du laboratoire ont montre que les performances de biop de la biomasse fixee sont tributaires des fortes concentrations d'acides gras volatils contenus dans l'eau residuaire. La fermentation de l'eau residuaire, ayant pour objectif de produire ces composes organiques facilement biodegradables pour les processus de denitrification et de biop, a aussi ete etudiee

Dans une problématique de réduction des volumes de déchet, l’électro-compression (ou électro-déshydratation) apparaît être une technique efficace pour éliminer une grande partie de l’eau des boues résiduaires urbaines. Cette thèse de doctorat présente différentes contributions à l’étude de ce procédé appliqué à ce type de boues. Un lien entre les données cinétiques et énergétiques est établi par une étude expérimentale à l’échelle du laboratoire. D’autre part, un nouveau modèle relativement simple est proposé pour l’étude et la simulation de l’électro-compression et permet de mettre en avant les phénomènes prépondérants. Enfin, un protocole d’analyse ionique des filtrats et des tranches de gâteaux de boue a permis une étude de la migration des espèces chimiques au cours de l’électro-déshydratation
In the purpose to reduce waste amount, the electro-dewatering process is a promising technique to efficiently withdraw a large part of the water included in wastewater sludge. This PhD thesis contributes in various ways to the study of this technique. Lab-scale experiments showed correlations between dewatering kinetics and energy consumption of the process. Moreover, a new model, relatively simple, is proposed to study and simulate the process. This model highlights the main phenomena involved in the electro-dewatering. Finally, a study of the migration of chemical species during the dewatering process is carried out thanks to an analytical protocol measuring ions in filtrates and sludge slices.1

De nos jours, l'epuration des eaux est devenue indispensable pour faire face a l'augmentation des volumes d'eaux rejetes et a leur concentration en substances polluantes. En france, la majorite des stations d'epuration des eaux usees fonctionnent avec un processus par boues activees faible charge. L'avenement de nouvelles normes europeennes de rejets, en particulier en ce qui concerne l'enlevement de l'azote, augmente le besoin d'un controle plus efficace. L'objectif de l'etude presentee dans cette these concerne la modelisation et l'estimation etat - parametres d'un procede boues activees eliminant l'azote des eaux residuaires urbaines. Les concepts, qui sont abordes dans cette these concernent la modelisation du procede considere, l'analyse des proprietes du modele, la reduction de modele, l'etude d'identifiabilite ainsi que l'identification parametrique a partir de donnees experimentales recueillies sur une unite pilote, l'estimation et une introduction au probleme de commande. Les etudes realisees font appel a la methodologie des systemes non lineaires. L'algorithme d'estimation, mis au point par simulation, a ete teste a partir de donnees reelles.

Les méthodes traditionnelles de mesure de la qualité des eaux résiduaires, par prélèvements et analyses d'échantillons ne permettent pas de connaître en temps réel l'évolution des flux polluants transitant dans les systèmes d'assainissement. Mais les besoins en mesure en continu se développent, et les méthodes de mesures par voie optique sont séduisantes. La mesure de turbidité, image de la qualité globale d'un échantillon, permet l'accès, de façon indirecte, la pollution particulaire d'un effluent. Elle pose cependant de délicats problèmes d'étalonnage, dont la maîtrise passe par une meilleure connaissance des relations entre les caractéristiques des matières en suspension et l'absorption diffusion de la lumière. Une approche théorique, basée sur la théorie de Mie appliquée des sphères, a permis d'appréhender certaines caractéristiques de la pollution particulaire susceptibles d'influence l'absorption de la lumière à différentes longueurs d'onde : la nature et surtout la taille des particules. La mise en oeuvre de protocoles expérimentaux a mis en évidence la difficulté pratique de détermination de ces caractéristiques, et de leur variabilité basées sur l'hypothèse de sphéricité des particules, deux méthodes de mesures de la granulométrie ont été comparées, la granulométrie par diffraction laser et des différences de masses après tamisages. Des différences significatives montrent la difficulté d'interprétation des distributions mesurées. I1 est apparu très difficile d'obtenir les caractéristiques de la pollution particulaire nécessaires pour l'Etablissement des paramètres d'entrée du modèle (taille et indice de réfraction des particules). Par ailleurs, sur de nombreux échantillons correspondant différents contextes, la relation entre l'absorption de la lumière et la concentration des matières en suspension est apparue très reproductible, moyennant un protocole de mesure standardisé. Quelques échantillons, correspondant tous un même contexte (déversements de temps de pluie sur un déversoir vanne mobile) ont cependant permis d'observer des variations de la relation d'étalonnage. Celles-ci ne semblent pas pouvoir être attribuées la granulométrie des échantillons. D'autres voies restent explorer, telles que le rôle de la masse volumique des particules individuelles et de leurs agrégats, ou celui de la forme des particules
Sampling techniques commonly used for monitoring urban wastewater quality cannot provide a real time or extensive knowledge of the pollution loads conveyed in sewer systems. But needs for continuous monitoring are increasing, and optical measuring methods seem to be suitable for that purpose. Turbidity allows an indirect estimation of the concentration of suspended solids (88) in effluents. But the calibration of turbidity sensors for 88 measurements is not an easy task, and a better knowledge of the relations linking the characteristics of suspended solids and the absorption and scattering of light would be useful. A theoretical approach, based on Mie theory for spherical particles, provides information about some parameters governing absorption of light: nature and size of the particles. But the application to experimental results raised major difficulties to get a proper description of suspended particles. Using the same assumption of spherical particles, two techniques have been compared to analyse the particle size distribution, laser light scattering and sieving. Significant differences have been found, and results could not be interpreted in relation with the model. In addition, the relation between the absorption of light and the concentration of suspended solids appeared very similar for many samples collected from different sites under different circumstances, provided a standardised procedure was applied. A few other samples, all of them coming from one particular combined sewer overflow, did display different calibrating curves. However, these variations could not be linked with measured size distributions. Other factors are still to be investigated, as the density of individual particles, and of their aggregates, as well as the influence of their shape

L'OXYDATION EN VOIE HUMIDE A L'OXYGENE PUR EST ETUDIEE POUR REPONDRE AU PROBLEME D'ACTUALITE DU TRAITEMENT DES BOUES RESIDUAIRES URBAINES. L'ETUDE DE CE PROCEDE EST REALISEE EN REACTEUR DISCONTINU DE LABORATOIRE, EN REACTEUR CONTINU DE LABORATOIRE ET LORS D'ESSAIS SUR UN PROTOTYPE INDUSTRIEL DE CAPACITE 500 L/H ET POUR DES TEMPERATURES COMPRISES ENTRE 220°c ET 300°c. IL RESSORT DE L'ENSEMBLE DES RESULTATS OBSERVES LORS DU TRAITEMENT DE 7 BOUES URBAINES DIFFERENTES QUE PLUS LA TEMPERATURE DE TRAITEMENT EST ELEVEE, PLUS LA MINERALISATION DES SOUS-PRODUITS EST IMPORTANTE ET LEUR TRAITEMENT AVANT EVACUATION AISEE. DE PLUS, AU DESSUS DE 260°c, LA DESTRUCTION DES COMPOSES GRAS SUPPRIME LES PHENOMENES DE MOUSSAGE. A 300\C, LE TEMPS DE TRAITEMENT PEUT ETRE REDUIT A ENVIRON 30 MIN. ENSUITE, DES PROCEDES DE CONVERSION DE L'AZOTE AMMONIACAL RESIDUEL EN AZOTE MOLECULAIRE SONT ETUDIES AFIN DE PERMETTRE LE SEUL RECYCLAGE DES COMPOSES ORGANIQUES BIODEGRADABLES ISSUS DE L'OXYDATION ET PERMETTRE L'INTEGRATION DE CE PROCEDE DANS LES STATIONS D'EPURATION EXISTANTES TOUT EN GARANTISSANT LA FIABILITE DE LEUR FONCTIONNEMENT. DANS LE CAS DU DEGAZAGE DE L'AMMONIAQUE COUPLE A UNE OXYDATION CATALYTIQUE, LE DEGAZAGE DE L'AMMONIAQUE DOIT S'EFFECTUER A UNE TEMPERATURE INFERIEURE A 100°c ET AVEC AJOUT DE SOUDE AFIN DE STRIPPER SELECTIVEMENT L'AMMONIAQUE. LE TRAITEMENT BIOLOGIQUE PAR NITRIFICATION ET DENITRIFICATION EN BASSIN SPECIFIQUE REPOND EGALEMENT AUX EXIGENCES DE TRAITEMENT ET D'INTEGRATION DE CE PROCEDE MAIS NECESSITE L'AJOUT D'UN COMPLEMENT DE SUBSTRAT ORGANIQUE BIODEGRADABLE AFIN QUE L'ELIMINATION DES NITRATES PRODUITS SOIT TOTALE. CE TRAVAIL A PERMIS DE LEVER UN NOMBRE SIGNIFICATIF D'OBSTACLES SCIENTIFIQUES ET TECHNOLOGIQUES ET S'INSCRIT DANS LE CADRE DU DEVELOPPEMENT DU PROCEDE MINERALIS

Le contexte réglementaire européen et français actuel impose des contraintes importantes sur la politique d’assainissement des petites collectivités. Les zones humides artificielles dédiées au traitement des eaux usées urbaines, et notamment les massifs filtrants verticaux, sont un outil efficace pour mener à bien cette politique. Ainsi, l’intérêt de la recherche sur ces techniques prometteuses s’est accentué ces dernières années. La modélisation mécaniste est une discipline en plein essor dans ce domaine. Le présent travail détaille le développement d’un modèle de transport réactif diphasique adapté aux massifs filtrants verticaux. L’oxygène est un facteur déterminant pour le fonctionnement de ces systèmes. Une étude permettant d’évaluer l’influence de leur conception et de leur exploitation sur les transferts d’oxygène est proposée. Les capacités de ré-oxygénation des filtres verticaux non colonisés sont évaluées à l’aide du modèle numérique. Dans la continuité de ces premiers résultats, l’interdépendance entre renouvellement d’oxygène et consommation bactérienne est abordée. Pour cela, un modèle de biodégradation aérobie adapté aux massifs filtrants verticaux est couplé au modèle de transport. Parallèlement à une meilleure compréhension des transferts d’oxygène, les résultats ouvrent la discussion sur les limites du modèle biologique adopté. De manière complémentaire à la modélisation, un dispositif expérimental visant à étudier le transport réactif des filtres verticaux non colonisés a été mis en place. Il ouvre la voie au calage du modèle numérique qui a été développé
Oxygen renewal, as a prominent phenomenon for aerobic bacterial activity, deeply impacts Vertical Flow Constructed Wetland (VFCW) treatment efficiency. We introduce a multiphase model able to simulate multi-component transfer in VFCWs. It is based on a two-phase flow module, and a transport module. The flow module can quantify both water and air velocities throughout the filter during operation. The reactive transport module follows dissolved and gaseous oxygen concentrations, and the transport of solutes such as ammonium and readily biodegradable COD (Chemical Oxygen Demand). The consumption of components is governed by Monod-type kinetics. Heterotrophic and autotrophic bacteria, which are responsible for COD and ammonium degradation respectively, are part of the model components. The kinetics are based on the Constructed Wetlands Model 1. The results from the simulation tool were compared with existing experimental data, and two kinds of operation with VFCWs were investigated. The authors show strong interplay between oxygen renewal and bacterial consumption in case of sequential batch feeding with transient flooding of surface. Oxygen renewal is essentially convection mediated in such operation, while convection is not significant in non-flooding operation. Simulated bacterial patterns are impacted by the operation, both quantitatively and spatially. From a modelling point of view, the authors highlight some limitations of the biological model : the description of bacterial lysis processes needs to be enhanced, as well as ammonium adsorption to organic matter