Optimisation des systèmes de traitement des eaux usées domestiques par filtres plantés de macrophytes

Optimisation of constructed wetlands for domestic wastewater treatment

• Auteur / Autrice : Florent Chazarenc
• Direction : Gérard Merlin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie de l'environnement
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Chambéry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes aquatiques

Eaux usées

Eaux usées -- Épuration

Mots clés libres

Filtres plantés de roseaux, Assainissement, Eaux usées domestiques, Bio-réacteur, Activité biologique, Distribution des temps de séjour

Résumé

Idéal pour l'assainissement des petites communes (≤ 1000 habitants), les filtres plantés de roseaux (FPR), offrent une alternative socio-économique au traitement classique des eaux usées. En 2003, en France, il éxiste plus de 200 stations de ce type. Elles ont été créées en réponse à une situation récente, générée à la fois par l'évolution du contexte législatif et par la répartition de la densité démographique. Bien que les installations françaises offrent de bonnes performances, les mécanismes de dégradation sont peu connus et certaines améliorations semblent encore possibles. Cette thèse a eu pour but d'apporter des éléments sur le fonctionnement des FPR. Les résultats ont été présentés en deux chapitres. Le premier a été focalisé sur les performances du flux horizontal, l'incidence de la charge organique et hydraulique sur l'éfficacité d'écoulement. La finalité a été de proposer de éléments de modélisation. Le second chapitre a reposé sur l'analyse du comportement biologique des flux verticaux. Les variations de la composition et de l'activité biologique ont été suivies dans le temps et dans l'espace. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence, pour le flux horizontal, les limites pour le traitement des eaux usées primaires, qui entraîne des défaillances hydrauliques et biologiques, et le rôle important de l'évapotranspiration, qui augmente l'efficacité hydraulique et le temps de séjour des effluents. Pour le flux vertical, les résultats ont montré l'importance de la couche qui se développe avec l'âge en surface des filtres, aussi bien au niveau hydraulique que biologique, et l'influence de la saison et de la nature du garnissage sur les principaux catabolismes en présence. Ce travail dresse un premier bilan du comportement global et des limites d'utilisation des deux types de flux des FPR. Plusieurs éléments d'optimisation ainsi que des orientations pour mieux comprendre le procédé ont été proposés.

Ideal for small communities of up 1000 residents, constructed wetlands (CWs) provide an environmentally sound alternative to traditional methods of wastewater treatment. In France, in response to a recent situation, there are 200 functioning CWs in 2003. Even though FrenchCWs are satisfactorily efficient, degradation mechanisms are still misunderstood. It is still possible to improve the french specific design of CWs. This thesis work has been conducted in this context. The aim was to determine some conceptual and optimisation parameters of the global filter behaviour. Several samples were collected between 2001 and 2003 in both pilot scale ans full scale CWs. Results were presented ans discussed in two chapters. The first focused on hydraulic and organic loading influence on hydraulic residence time distribution (HRT) occuring in horizontal flow. The objectives were to propose models and to quantify the potential dysfunctions. The second chapter presented vertical flow CW microbiology and its relationship with time and space. Results showed taht in horizontal flow constructed wetlands, there were treatment limitations for raw wastewater, causing hydraulic and biological deficiences and the effect of evapotranspiration was significant, increasing the HRT and the hydraulic efficiency. In vertical flow constructed wetlands, results showed that the development of a surface layer with time had an important role for hydraulic repartition, retention and biological diversity and that season and media size had a strong effect on biological catabolism. In winter and with small size media the conditions were more anaerobic that in summer with larger filtration material. To conclude, this thesis draws a first summary of the global behaviour and design limits of both horizontal and vertical CWs. Several optimisation suppositions for future research were recommended.