Caractérisation des rejets urbains de temps de pluie et de leurs impacts sur l'oxygénation de la Seine
Abstract
The discharge of combined sewers to the river Seine during summer storms is one of the major problems the Water Authorities of the Parisian urban area have to deal with. A better characterization of the discharged pollution will allow a more accurate evaluation of the oxygen depletion in situ. The composition of organic matter transported by combined sewers during dry and wet weather was studied in an experimental catchment of city Boulogne, near Paris. The concentrations of organic carbon were higher during dry weather than during wet weather, due to dilution by run off. The dry weather organic matter was thereby significantly more degradable than during wet weather. The degradability decreased with rainfall intensity. During the day, the dry weather flows and the concentration of pollutants were higher than during the night. The flux of pollutants discharged during the day was therefore higher than for an equivalent rainfall during the night. The discharged waste water has an effect not only on oxygen depletion but also on phytoplankton. During laboratory essays with natural phytoplankton, we have observed severe effects of filtered effluent on the primary production. Depending on CSO, an in situ dilution of 20% of waste water may decrease the net production by 30%. By this way, the inhibition may lower the oxygen deficit by a few percent. An important part of this effect is due to heavy metals like zinc. Their toxicity will depend of the way they are complexed. The degradation of organic matter in situ was characterized by means of study of waste water masses issued from the major overflow of Parisian area. The pollution plug was followed for more than 20 km using conductivity and oxygen measurements. Conductivity and ammonium were confirmed to be conservative and therefore good tracers of waste waters. We have observed that the oxygen deficit was related to the mass of discharged BDOC, rather than to the suspended solids or POC, which was especially due to high settling velocity of the discharged solids. However an excess of DOC of unknown origin, was observed in situ after the overflows. The oxygen deficit was mainly caused by allochtonous bacteria larger than 1 µm. Their specific activity was 3 to 4 times higher, compared to the small autochtonous bacterial population. Most of the microbial processes evaluated had higher rates than suggested by previous works. The results obtained allowed a better modeling of the CSO's impacts in the river Seine.
Les rejets urbains par temps de pluie constituent un problème majeur pour les gestionnaires de l'eau en région parisienne. Une meilleure caractérisation des matières organiques rejetées par temps de pluie permet de mieux évaluer la désoxygénation du milieu récepteur, la Seine. Un bassin versant expérimental a été choisi en proche banlieue parisienne pour étudier les eaux usées par temps de pluie. Les résultats montrent que les flux sont une fonction du cycle journalier des eaux usées et de l'intensité des pluies. En journée par temps sec, les teneurs en polluants et les débits sont plus élevés que pendant la nuit. Les flux des polluants déversés pendant la journée sont ainsi supérieurs aux flux rejetés la nuit à pluie égale. Dans les réseaux de petite taille et de faibles pentes, un dépôt de temps sec peut être remis en suspension par des pluies intenses et augmenter temporairement la charge polluante. Les matières organiques du réseau en temps sec sont mieux et plus rapidement dégradables qu'en temps de pluie. La biodégradabilité des matières en suspension dans le réseau diminue avec l'intensité des pluies en raison d'un apport de carbone faiblement dégradable par les eaux de ruissellement et les dépôts en réseau. L'effet toxique des rejets urbains de temps de pluie sur le milieu récepteur a été étudié au laboratoire sur une population mixte du phytoplancton de la Seine. Nos études montrent que les rejets peuvent diminuer la production primaire de la Seine de l'ordre de 60% après une dilution au cinquième, cette inhibition est principalement due aux micropolluants organiques et partiellement aux métaux lourds, dont le zinc. Les effets varient fortement avec la composition des rejets, la toxicité des métaux en particulier dépendant de leur état de complexation. Le comportement de la matière organique et des bactéries hétérotrophes rejetées par temps de pluie dans le milieu récepteur a été étudié en Seine après d'importants rejets du principal déversoir de la région parisienne. Lorsque la dilution du rejet est inférieure à 10%, les effets sur le milieu sont peu sensibles. Les masses d'eau usée ont pu être suivies in situ à l'aide de la conductivité et des concentrations d'oxygène. Une relation entre la quantité de carbone organique dissous biodégradable rejetée et le déficit d'02 a pu être établie. La matière organique fixée aux matières en suspension sédimente très rapidement et ne participe pas directement à la désoxygénation. La désoxygénation in situ est principalement due aux bactéries allochtones, apportées par le rejet, de taille supérieure à 1µm. Leur croissance est plus élevée que celle des bactéries fluviales, mais leur vitesse de disparition l'est aussi. Les polluants toxiques du rejet sont susceptibles de diminuer la production du phytoplancton et d'aggraver ainsi les déficits de près d'un milligramme d'oxygène voire plus en période de forte production. Ces données permettent des simulations détaillées de l'évolution de l'oxygène dissous en Seine suite aux principaux rejets de l'agglomération parisienne.
Keywords
pollution
hydrologie urbaine
pollution eau
désoxygénation
eau usée
ruissellement
eau pluviale
pluviométrie
débit
polluant
bassin versant
toxicité
zinc
métal lourd
phytoplancton
étude impact
déversoir orage
écosystème
qualité eau
modélisation
prévision
biodégradation
oxygénation
rejet
Paris
Ile-de-France
Seine (fl)
Boulogne-Billancourt
modèle PROSE