Influence du pH sur la libération du phosphore accumulé dans les boues de surface d'un filtre planté de roseaux recevant des eaux usées traitées avec du FeCl3
Authors: Kim Boram , Gautier Mathieu , Buet Alexandre , Michel Philippe , Gourdon Rémy 
Published: June 2015

Constructed wetlands (CW) provide good removal of organic matter and nitrogen (Hammer, 1989; Kadlec et al, 2000. Molle et al, 2005), but their performance for phosphorus removal are the subject of debate (Vymazal et al, 1998. Brix et al, 2001.). However, phosphorus is a factor in eutrophication of surface waters, and it is therefore necessary to limit discharges into the natural environment. In order to improve denitrification and phosphorus removal as compared to classical vertical flow constructed wetlands (VFCWs), the French company SCIRPE has developed a process called Azoé® patented in 2007 (Michel, 2007). The process includes a pre-treatment on a biological trickling filter to partly degrade the organic load, followed by two vertical stages of partially saturated constructed wetlands for the removal of nitrogen by nitrification and denitrification. The reduction of phosphorus in the Azoé® system is achieved through the addition of FeCl3 as a coagulant, followed by filtration through the VFCWs. Phosphorus thus precipitated is thereby accumulated in the form of a sludge layer mostly at the surface of the 1st filter. Over time, the sludge layer progressively grows and may eventually release part of the accumulated phosphorus depending on the biophysicochemical conditions (Kim et al., 2013). The objective of this study was to determine the influence of pH on the solubilization of phosphorus from sludge material sampled from a plant in operation. Results showed that the buffering capacity of the sludge allowed to stabilize pH when in contact with moderately acidic (pH 4) or alkaline (pH 10) solutions. Under more drastic conditions, changes of pH were observed, but the release of phosphorus remained fairly low. Even after several successive leaching stages with very acidic (pH 2) or alkaline (pH 12) solutions, only 9% and 12% respectively of phosphorus initially present in the sludge was leached.
Les Filtres Plantés de Roseaux (FPR) permettent une bonne élimination des matières organiques et de l’azote (Hammer, 1989 ; Kadlec et al., 2000 ; Molle et al., 2005), mais leurs performances pour l’élimination du phosphore font l’objet de débat (Vymazal et al., 1998 ; Brix et al., 2001). Or, le phosphore est un facteur d’eutrophisation des eaux superficielles, et il est donc nécessaire d’en limiter les rejets dans le milieu naturel. Afin d’améliorer la dénitrification et la déphosphatation des FPRs à écoulement vertical, la société française SCIRPE a développé un procédé de FPR appelé Azoé® breveté en 2007 (Michel, 2007). Le procédé comprend un prétraitement biologique sur lit bactérien qui élimine une partie de la pollution carbonée, puis deux étages de FPR à écoulement vertical partiellement saturés complétant l’épuration de la charge organique et assurant l’élimination de l’azote par nitrification-dénitrification. L’abattement du phosphore est réalisé par addition en sortie de lit bactérien de FeCl3 qui agit comme coagulant, puis par filtration via les FPR. Le phosphore ainsi précipité s’accumule principalement en surface du 1er filtre sous forme d’une couche de boues. Après plusieurs années de fonctionnement, cette couche de surface représente un stock de phosphore potentiellement mobilisable en fonction des conditions biophysicochimiques du milieu (Kim et al., 2013). Dans ce contexte, l’objectif de l’étude était d’estimer les risques de libération du phosphore en fonction de différents facteurs d’influence. Plus spécifiquement, il s’agissait d’estimer l’influence du pH sur la solubilisation du phosphore. Les résultats ont montré que le pouvoir tampon des boues est suffisant pour maintenir un pH relativement stable au contact d’eaux acides (pH 4) ou alcalines (pH 10). En présence de conditions acides ou alcalines plus extrêmes, le pH du milieu est modifié, mais le phosphore est très faiblement solubilisé. Ainsi même après plusieurs lixiviations successives en conditions extrêmes (pH 2 et 12), seuls 9 % et 12 % respectivement du phosphore initialement présent dans les boues a été solubilisé.