Rôle de paramètres opérationnels et des substances organiques dans la structure physique des dépôts de surface des filtres plantés de roseaux à écoulement vertical
Authors: Kania Manon , Gautier Mathieu , Loupiac Ségolène , Michel Philippe , Gourdon Rémy 
Published: October 2018

In the so-called "classical French system" of constructed wetlands, the percolation through the filter medium of untreated raw wastewater results in the accumulation of sludge deposits which gradually forms a sludge layer mainly on the surface of the first filter stage. The structure, composition and organization of the particulate matter of the deposits are determining factors of the macroscopic properties of the sludge layer, such as permeability, oxygen transfer, etc. In this study, representative samples of surface deposits were collected from 12 French vertical flow constructed wetlands (VFCW) in operation. The results of analyzes showed a remarkable similarity of their particle size distribution, and a relatively moderate but significant aggregation. The differences in operational conditions between the 12 selected treatment plants (age, implementation of additional treatments), did not have any observable effect on the particle size distribution in the sludge deposits. It was also observed that particle size and agregation were not related to the content of microbial exocellular polymeric substances (EPS). These substances were analyzed in surface deposits at much lower levels than in activated sludges for example, in which their role in the formation of microbial flocs is well documented in the scientific literature. On the other hand, humic substances were analyzed at much higher levels in sludge deposits, suggesting that the contribution of humic substances to the aggregation processes was greater than that of the analyzed EPSs. The environmental conditions of surface deposits on filters planted with reeds thus induce aging processes similar to those observed in neosols.

Dans le système dit « classique français » de filtres plantés de roseaux (FPR) à écoulement vertical, la percolation à travers le milieu filtrant des eaux usées brutes non décantées entraine la rétention physique de dépôts de surface provenant des matières en suspension apportées par les eaux usées. L'accumulation de ces dépôts au cours du fonctionnement de la station provoque la formation d'une couche de boue principalement à la surface du premier étage de filtre. Les propriétés macroscopiques de cette couche de boue de surface, notamment vis-à-vis de l'écoulement des eaux usées et des transferts d'oxygène, sont déterminées entre autres facteurs par la structure, la composition et l'organisation de la matière particulaire des dépôts. Dans le but de mieux décrire ces phénomènes, des échantillons représentatifs de dépôts de surface ont été prélevés sur 12 stations de filtres plantés de roseaux à écoulement vertical en fonctionnement. Cet article présente les résultats de leur caractérisation physique (granulométrie et agrégation) et discute du rôle des constituants organiques dans ces caractéristiques. Les résultats obtenus ont montré une remarquable similarité de la distribution granulométrique des dépôts des 12 stations et une agrégation relativement modérée mais significative. Les différences de conditions opératoires entre les 12 stations sélectionnées n'ont donc pas d'effet observable sur la distribution granulométrique des dépôts de surface. L'analyse des fractions organiques a montré en outre que la granulométrie et l'agrégation ne peuvent pas être directement liées à la teneur en substances polymériques exocellulaires microbiennes (EPS). Pourtant comparées aux boues activées, dans lesquelles ces substances sont connues pour leur rôle dans la floculation, les dépôts de surface des filtres plantés verticaux ont des taux en EPS totaux du même ordre de grandeur. Les substances dites humiques en revanche ont été analysées dans les dépôts à des teneurs largement plus élevées que les EPS, et leur contribution à l'agrégation des particules dans les dépôts a pu être observée. Ce résultat peut s'expliquer par les conditions d'environnement des dépôts de surface sur les filtres plantés de roseaux, proches de celles que peuvent connaître certains type de sols, qui induisent donc des processus de vieillissement plutôt similaires à ceux observés dans les néosols (rôle des substances humiques).