Modélisation dynamique d'un filtre vertical planté de roseaux

(trad auto)Les terres humides construites sont un système attrayant pour le traitement des eaux usées des petites collectivités, mais les interactions entre les processus d'enlèvement sont souvent mal comprises. Les performances du traitement par ondes entretenues peuvent être améliorées au prix d'une meilleure compréhension des phénomènes géochimiques complexes qui se produisent à l'intérieur du filtre. La modélisation des systèmes d'armes chimiques est un moyen d'élucider les processus d'élimination des polluants dans les armes chimiques et d'améliorer leur conception. Une étude de modélisation avec le modèle HYDRUS/CW2D a été réalisée sur un système français de zones humides à écoulement vertical (VFCW) de première étape installé à Evieu (Ain). La caractérisation des propriétés hydrauliques du matériau filtrant de la VFCW est une condition préalable à la modélisation du traitement des eaux usées à l'aide de modèles de filtration basés sur les procédés. Le matériau filtrant est composé d'un mélange de matière minérale poreuse et de matière organique qui rend difficile sa caractérisation hydraulique. Dans ce travail, nous présentons une approche combinée en laboratoire et in situ pour évaluer les propriétés hydrauliques de la VFCW. L'approche en laboratoire permet d'estimer au préalable les propriétés locales des différentes couches constitutives de la VFCW. Ces estimations antérieures sont ensuite affinées à l'aide de mesures in situ et d'une modélisation inverse à l'aide du code HYDRUS-1D. La méthodologie appliquée avec des optimisations successives ainsi qu'un large éventail de données expérimentales ont conduit à un ensemble de paramètres hydrauliques fiables qui permet de simuler avec une bonne précision la teneur en eau à différentes profondeurs dans la VFCW. Nous concluons que des observations in situ du comportement hydraulique, combinées à une modélisation inverse, sont nécessaires pour représenter de façon cohérente le comportement hydraulique d'une VFCW. Avant d'ajouter la modélisation biologique de la VFCW, nous avons développé et validé une méthode originale permettant de mesurer le taux de nitrification aux différentes profondeurs de la VFCW avec des teneurs variables en matière organique (boues, graviers colonisés). La méthode est spécifiquement adaptée à une matrice fonctionnant dans des conditions partiellement saturées et repose sur des principes respirométriques. Le coefficient de taux de croissance maximal obtenu pour la biomasse autotrophe dans les différentes couches de la VFCW est un élément critique pour la modélisation de la centrale VFCW. Une fois l'étalonnage hydraulique effectué et certains des paramètres biologiques évalués, les données observées en laboratoire et sur le terrain ont été traitées à l'aide du module de transport réactif à composants multiples CW2D pour simuler les processus de dégradation qui se produisent dans le système opérationnel VFCW. Une attention particulière a été accordée au devenir de l'azote et aux processus cycliques (nitrification, adsorption et dénitrification). Pendant une période d'alimentation (3,5 jours), le fractionnement de l'affluent a été déterminé, les concentrations de l'affluent et de l'effluent ont été mesurées en continu (DCO, NH4-N, NO3-N) ainsi que les concentrations in situ de l'oxygène. Ces mesures ont été utilisées pour adapter le modèle biologique. Ce travail a permis de préciser l'étalonnage de certains paramètres cinétiques dans CW2D pour valider la simulation avec les données mesurées. Il permet de souligner la nécessité d'inclure certains procédés (adsorption d'ammonium). Si des efficacités moyennes sur une courte période (2-4 h) sont possibles, nous discutons des lacunes du modèle pour obtenir un bon ajustement sur une étape de modélisation plus courte. L'amélioration des phénomènes hydrauliques, d'adsorption et de piégeage des solides en sont quelques exemples.