Simulation des transferts réactifs multi-constituants au sein des lits d’infiltration percolation – évaluation des capacités d’oxygénation

Abstract

L’assainissement des eaux usées par infiltration percolation appartient à la filière de traitement des rejets polluants à cultures fixées. Dans un contexte géographique spécifique et pour une population avoisinant 500 à 1 000 équivalents habitants, elle paraît bien indiquée. Filière dite rustique, elle n’en est pas moins complexe. L’objectif de cette étude est de contribuer, à travers une simulation numérique, à la compréhension des phénomènes physiques et biochimiques qui s’établissent au sein d’un lit d’infiltration percolation. Les aspects essentiels à l’activité bactérienne que sont l’hydrodynamique du milieu poreux, le développement de la biomasse active, le transport, la consommation et les transferts d’oxygène y sont abordés. À travers des essais d’une vérification méthodique du modèle effectuée à partir des solutions analytiques, il ressort principalement que la dispersion hydrodynamique et le taux de dégradation ont des effets contraires sur le rendement d’abattement des charges polluantes. En outre, un résultat significatif obtenu est la comparaison qualitative et quantitative des apports convectifs et diffusifs en oxygène au sein des lits d’infiltration percolation qui sont à aération naturelle.Wastewater sanitation using infiltration/percolation is part of an approach that uses attached microorganisms to treat pollutant loads. It appears suitable for a specific geographical context, and for population equivalents of approximately 500-1000 people. The aim of this study was to improve, by means of a numerical simulation, the understanding of certain physical and biochemical phenomena observed within an infiltration/percolation bed. All the aspects essential to bacterial activity are examined, including: the hydrodynamics of the porous media; the development of an active biomass; transport; and oxygen transfer and consumption. The latter are of paramount importance in non-saturated porous media, where significant aeration can take place, whereas in saturated soils and aquifers containing nitrogenous and organic compounds, the oxygen in water is rapidly consumed.The model we have formulated includes seven equations, which describe macroscopic transport, and are coupled and non-linear. The terms “wells/sources” are functions of unknown variables. The resolution of the equations, obtained after discretization of the equations using Euler’s finite difference method, was performed using Thomas’ algorithm and Fortran 95 programming. We used an innovative approach: analytical solutions developed for saturated porous media were modified to take into account a heterogeneous flow field in a non-saturated porous medium. In a systematic approach, we tested two problems that are part of a gradual verification process: one-dimensional convection-dispersion solute without a kinetic reaction; one-dimensional solute with a first-order decay.The code we have developed insures a very good approximation of the solute transport within a non-saturated porous medium. For a given rate of flow and a given supply period, the grea...

Traitement d'eaux usées urbaines par infiltration-percolation sur sable et sur substrat de coco après un bassin anaérobie de lagune sous climat tropical

“…WANKO et al (2006) confirment cet état de fait en dégageant une corrélation entre temps de contact effluent-biomasse et la dispersion de l'effluent au sein du massif. La dégradation de la pollution est d'autant plus efficace que le coefficient de dispersion est faible.…”

“…PELL et al (1990), cités par RENMAN et al (2008), ont noté une décroissance du nombre de bactéries quand on passe des couches supérieures du massif filtrant vers le fond, et ce phénomène est d'autant plus prononcé que le milieu est alcalin. BAHGAT et al (1999) Les observations ci-dessus permettent de déduire que les mécanismes intervenant dans l'élimination de la pollution ont lieu essentiellement dans la partie supérieure du massif (WANKO et al, 2006) et une percolation trop rapide aura pour conséquence une baisse des capacités de nitrification du substrat de coco.…”