Influence du biofilm sur les performances des systèmes de traitement par infiltration dans le sol : application à l'assainissement non collectif

Influence of biofilm development on soil infiltration treatment system performances: application to on-site wastewater treatment

• Auteur / Autrice : Sylvaine Chabaud
• Direction : Yves Andres, Pierre Le Cloirec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sols

Infiltration

Eaux usées -- Épuration par le sol

Biofilms

Résumé

En France, environ 15 millions de personnes sont concernées par l’assainissement autonome et chaque année, plus de 100 000 installations sont mises en place. Ces procédés se composent classiquement d’un prétraitement anaérobie réalisé par une fosse toutes eaux qui est suivi d'un traitement par infiltration dans le sol. Ce traitement met à profit le pouvoir épurateur des sols qui est principalement lié à la présence des micro-organismes. Le développement d'un biofilm dans les systèmes de traitements est fréquemment évoqué pour sa contribution à l’élimination des diverses pollutions ou encore pour sa participation au colmatage des massifs. L'objectif du travail de la thèse a consisté à comprendre et à représenter la dynamique du biofilm dans ses composantes favorables et défavorables au sein de systèmes filtrants utilisés en assainissement non collectif. Pour cela, 4 réacteurs expérimentaux de 0,3016 m3 de sol ont été conçus en respectant le plus possible les consignes décrites dans la norme XP P 16-603 relative à l'assainissement autonome. Ils ont été garnis d’une part d’un sol naturel (limon sablo-argileux) et d’autre part d’un sol sableux. Ils ont été alimentés en effluent septique à une charge nominale et à une surcharge ; 5 et 12 cm/j durant 416 jours pour les réacteurs de sable et 2 et 5 cm/j 246 jours pour les réacteurs de limon. Des études du comportement épuratoire et de l'hydrodynamique ont été réalisées à travers la détermination des rendements d'élimination et de l'évolution des temps de séjour. Parallèlement, le développement de biofilm à différentes profondeurs des massifs a été observé. La variation temporelle de la structure de la communauté bactérienne a été approchée par des empreintes métaboliques et génétiques. Les performances épuratoires et le comportement hydrodynamique obtenus sur les réacteurs garnis de sable ont été stables et en adéquation avec les données bibliographiques ce qui a permis de valider ces dispositifs expérimentaux pour des études d'assainissement autonome. En revanche, un des réacteurs garnis avec un limon sablo-argileux a présenté des dysfonctionnements. La mise en œuvre d'un sol naturel, très hétérogène reste délicate. Le développement du biofilm dans les massifs de sable a été observé essentiellement dans les premiers centimètres du massif filtrant et l'épaisseur (profondeur) de cette zone a été fonction de la charge. L'augmentation de la quantité de biofilm n'a pas eu d'impact significatif sur les performances épuratoires pendant la durée de l'étude. Quant à la participation du développement biofilm, elle ne semble pas prépondérante contrairement à l'accumulation de matière. Aussi, un modèle simplissime d'accumulation de matière a été proposé. Des empreintes métaboliques et moléculaires des communautés bactériennes ont montré le rôle "tampon" des massifs dans l'élimination des bactéries des systèmes de traitements. Aussi, il a été montré que les protozoaires participeraient à ce processus de façon importante.

About fifteen million population of french people do not have access to a sewer network. As a result, on-site wastewater treatment systems are being installed and each year, more than 100 000 plants are being constructed. In the primary treatment, domestic wastewater is treated by anaerobic digestion in a septic tank followed by secondary treatment where septic effluent is treated by soil infiltration. This treatment uses aerobic degradation by micro-organisms arranged in biofilm in the porous media. The biofilm development is well cited to contribute to different pollutants removal and to a clogging zone development in the porous media. The aim of this study has been to understand and represent biofilm dynamics for its favourable and unfavourable aspects in infiltration systems of on-site treatment. For this purpose, 4 experimental reactors (0. 3016 m3) has been designed and carried out while trying to respect the french norm XP P 16-603 about on-site treatment. They were packed with a natural soil (sandy-clay silt) and a sandy soil. They were supplied with septic effluent with a recommended load by the regulation agency and an over load: 5 and 12 cm/d during 416 days for sand reactors and 2 and 5 cm/d during 214 days for silt reactors. Purification and hydrodynamic behaviour studies have been performed through removal abatement and mean residence time evolution. In the same way, biofilm development has been observed at different depths. Temporal variation of the bacterial community structure has been approached by physiological and genetic fingerprints. Purification performances and hydrodynamic behaviour obtained with reactors packed with sand have been steady and in agreement with literature data. These results allowed to validate experimental reactors for on-site treatment studies. On the other hand, one of reactor packed with sandy-clay silt presented a dysfunction. The implementation of natural soil is very difficult, due to the important heterogeneity of soil structures and textures. Biofilm development in sandy soil has been mainly observed in the first centimetres of the massif and the thickness of this zone has been related to the load. The biofilm quantity increase did not have significant impact on purification performances during this study. As for the biofilm development participation, it does not seem preponderant contrary to the accumulation of matter. Accumulation matter model has been proposed. Physiological and molecular fingerprints of bacterial community showed that these treatment systems have a "buffer" role in bacterial removal. Moreover, protozoa could take part in this process in an important way