Le système de filtres plantés de roseaux Expérience de l IAV Hassan II

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1 Le système de filtres plantés de roseaux Expérience de l IAV Hassan II IAV / Université de Guelph, Canada Bouchaib El Hamouri, Christopher Kinsely and Anna Crolla IAV / Université de Guelph, Canada Agadir, déc 2009, GTZ

2 Root Bed Treatment system RBTS) ou marais artificiels Initié dès 1964 en Allemagne par Kickuth à l Université de Kassel (Kickuth, 1977) Nécessité d une interface racine-eau-air et à un medium "support"; Souvent appelée Root Zone Method.

3 Classement selon le type de macrophytes utilisés a. Plantes flottantes comme la lentille d eau (Lemna spp) et la jacinthe d eau (Eichornia crassipes) b. Plantes submergées comme l élodée (Elodea canadiensis) c. Plantes enracinées émergentes comme le roseau (Phragmites australis ou communis), Tipha spp etc.

4 Classement selon le type d écoulement de l eau a. Système à eau libre en surface (free water surface, FWS) b. Système à écoulement subsurfacique horizontal (SF-h or HF) c. Système à écoulement subsurfacique vertical (SF-v or VF) d. Système Hybride (combinaison des deux derniers types (H et V), voire des trois incluant le FWS).

5 Définition des règles de l art du traitement des eaux usées domestiques par les marais artificiels : Le remplacement du sol par des matériaux comme le gravier ou le sable. L adoption de l écoulement subsurfacique, qui peut être horizontal, vertical ou une combinaison des deux. L adoption de Phragmites australis comme plante submergée de référence.

6 Rôle du roseau Les hypothèses émises initialement Prélèvement "de luxe" de N et P n ont pas été confirmées. élimination de N et P varient autour de 10 à 20. Transfert de O2 de la partie aérienne vers la partie racinaire des roseaux, n ont pas été confirmées l anoxie règne dans les RTBS SF-h, excepté pour la zone située tout près des radicelles.

7 Traitement de lixiviat, et séchage et compostage des boues.

8 Schéma d un filtre à écoulement horizontal. (Source: Cemagref)

9 Dimensionnement filtre horizontal approche cinétique Equation de Reeds A : surface du filtre Ci et Ce : respectivement DBO à l»ntrée et à la sortie du filtre K T : Constante cinétique de vitesse de réaction de premier ordre, j -1 t : temps de contact (ou temps de rétention hydraulique), j V : volume utile du filtre, m3 Q : Débit moyen (m 3 /j). y = Profondeur moyenne de la zone saturée d eau ρ = Porosité du matériau utilisé (en %);

10

11 Performances épuratoires des filtres plantés de roseaux à écoulement horizontal en traitement secondaire. Paramètre Rendement (%) DBO 5 86 MES 86 N global (Azote total) 37 P t (Phosphore total) 27

12 Vertical Flow RBTS (VF or SFS-v)

13 Limites supérieures de la charge hydraulique, organique et en MES. Paramètre Valeur Charge organique (g DCO/ (m 2.j)) 20 Charge hydraulique (mm/j) 80 en hiver / 120 en été Charge en MES (g MES/(m 2.j)) 5

14 Parameters ATV Önorm IÖV EC Cemagref Vymazal WRC Cooper 2 : under 100 pe: 2 : 1 m 2 /pe for BOD 1st bed 2 : 2 m 2 /pe for BOD+N 0,8-2 m 2 /pe 2nd bed under 100 pe: Area 2.5 m2/pe min. value 10 m 2 5 m 2 /pe for BOD 2-4 m2/pe 50-60% of the 1st bed size 1 m 2 /pe for BOD 2-5 m 2 /pe for BOD+N 1st bed: 3.5P P 2nd bed: 50% of the 1st bed size P=population equivalent 3 : Range 2-4 m 2 /pe; 0.78 m 2 /pe for 100 pe 41-2 m 2 /pe Hydraulic Loading (HLR) Rate 60 mm/d mm/d 30 mm/d mm/d Organic Rate (OLR) Loading 10-20g BOD/m 2 *g

15 La demande en oxygène peut être calculée selon l équation 10 (Platzer, 1999) OxD = 0,85*0,70*(DCO inf DCO eff ) + 4,3*(NTK inf NTK eff ) - 0,1* 2,9 *(NTK inf NTK eff ) Où, DCOinf DCOeff NTKinf NTKeff : Concentration de la DCO dans l influent, mg/l. : Concentration de la DCO dans l effluent, mg/l. : Concentration en NTK dans l influent, mg/l. : Concentration en NTK dans l effluent, mg/l.

16 Système Cemagref, deux étages de filtres verticaux plantés de roseaux

17 Systèmes hybrides Association de filtres verticaux et horizontaux Elimination de la pollution organique, pour les MES et pour les composantes azotées, Nitrification dans les filtres verticaux Dénitrification dans les filtres horizontaux où l on trouve les conditions d anoxie

18 Conclusions Sytème pilote de l IAV Hassan II Etage 1 Planté (Phragmites australis) Non planté À moitié planté

19 Étage 2 Planté avec recyclage (+P +R). Non planté avec recyclage (0P +R). Planté sans recyclage (+P 0R).

20 +P +R 0P +R +P 0R Volume d eau dans le filtre (m³) 9,9 9,9 9,9 Débit (m³/j) 4,5 4,5 3 Taux de recyclage (%) Temps de séjour (j) 2,2 2,2 3,3

21 Stade de la nitrification Etage 3

22 *DCO Etage 1 Influent (mg/l) Effluent (mg/l) Abattement Planté Etage 2 Influent (mg/l) Effluent (mg/l) Abattement Filtre +P +R Filtre 0P +R Filtre +P 0R Etage 3 Influent (mg/l) Effluent (mg/l) Abattement Abattementc umulé Filtre Filtre ,5 Filtre ,5 Meriem Hassni, IAV 2008

23 MES Etage 1 Influent (g/l) Effluent (g/l) Abattement Planté ,5 Etage 3 Etage 2 Influent (g/l) Effluent (g/l) Abattement Filtre +P +R 90, Filtre 0P +R Filtre +P 0R Influent (g/l) Effluent (g/l) Abattemen t Abattement cumulé Filtre ,5 Filtre Filtre ,5 97,5

24 NTK Étage 1 Influent (mg/l) Effluent (mg/l) Abattement Planté Étage 2 Influent (mg/l) Effluent (mg/l) Abattement Filtre +P +R Filtre 0P +R Filtre +P 0R Étage 3 Influent (mg/l) Effluent (mg/l) Abattement Abattement cumulé Filtre Filtre Filtre

25 Nitrates Étage 1 Influent (mg/l) Effluent (mg/l) Planté 0 2 Étage 2 Influent (mg/l) Effluent (mg/l) Filtre +P +R 17 1,1 Filtre 0P +R 21 1,3 Filtre +P 0R 2 1,7 Étage 3 Influent (mg/l) Effluent (mg/l) Filtre 1 1,1 41 Filtre 2 1,3 50 Filtre 3 1,7 62

26 Bilan de l azote: Planté recyclé N-NH4+ 8% N-Or g 0% P er tes 19% Non planté recyclé N-NH4+ 12% N-Or g 2% P er tes 37% 55% 67% 1 2 N-Or g 27% Eau brute 0% Planté non recyclé P er tes N-NH4+ 2% 16% N-Or g 0% N-NO3- N-NO3- N-NO3- N-NO3-82% N-NH4+ 73% 3

27 Autres paramètres DBO 5 (mg/l) Abattement Pt (mg/l) Abattement CF (UFC/100mL) Eau brute ,1 E7 Étage ,5 22,5 16,5 2,1 E7 Étage 2 +P +R E4 0P +R ,5 12 1,3 E4 +P 0R 12, ,7 E4 Étage 3 Filtre 1 2, ,4 E3 Filtre ,6 E3 Filtre 3 4, ,2 E3 Rendement global 98% 33%

28 La technologie du filtre à macrophyte hybride à alimentation en eau usée brute, donne d excellents résultats: DCO: 94% DBO 5 : 98% MES: 98,5% C.F : 4 U.Log

29 Le filtre à macrophytes du type hybride est capable de réduire la pollution azotée à hauteur de 37%: le recyclage est fondamental plantation des filtres horizontaux recevant l effluent recyclé Ce système permet le traitement des boues et leur minéralisation au niveau du premier étage.

30 Fraction de volume filtré Dynamique d infiltration : L allure typique de la courbe de la vitesse de filtration (VF) mesurée au cours d une bâchée 0,14 0,13 0,12 0,11 0,10 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 Application de l eau Débit maximum Temps (min) Débit ressuyage Ressuyage complet du filtre

31 Taux d'abattement DCO ( %) Taux d'abattement MES ( %) Performances épuratoires: Évolution du taux d abattement de la DCO et des MES au cours de la période d alimentation des 3 filtres F1, F2 et F F1 F2 F F1 F2 F Nombre de bâchées Nombre de bâchées Serroukh Kaoutar, IAV, 2009

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