Self-purification of organic domestic discharge: nature and effect of residual organic matter in rivers
Auto-épuration des rejets organiques domestiques : nature et effet de la matière organique résiduaire en rivière
Résumé
A first bibliographic part, clarifies and circumscribes the scope of the thesis. It synthesises available data about particularities of domestic organic matter (OM) versus natural OM. We analyse process and rates of natural OM degradation. A second part deals with theoretical notions and tenets in order to manage operational definitions of stability, resistance, resilience and stress in rivers. We propose a model of assimilative capacity in rivers. A third part describes the original analytical tools developed: enzymatic extraction of sedimentary proteins and global proteolytic activity essay. Then we analysed 26 samples of wastewater (influents and effluents) and followed degradation of 4 of them (modelling of kinetics constants). At last, for the biochemical study of assimilation capacity (AC), 2 hypotheses were put forward (3 levels of response, the hyporheon being the main site of self-purification). A physical model was designed, simulating the hyporheon and its response to increasing inputs of proteins was studied. The analyses evidence a low accumulation of proteins in the hyporheic biofilms for daily flows ranging from 0.1 to 20 mg/day. The percolation of proteins stimulates the proteolytic activity (increase in Vm ) whereas the Km shows no significant change ; the assimilation capacities thus stimulated are vastly superior to the daily loads introduced into the system and explain the low accumulation of proteins. This stimulation concerns only a shallow active zone < 2 cm. For the future, a method of localising zones of hyporheic infiltrations (micro-piezometry, tracing, etc.) should be developed to monitor in situ the action of inputs of organic matter (OM) to estimate the AC of the river.
Une première partie bibliographique, clarifie et délimite le cadre général de la thèse. Elle synthétise les données disponibles sur les particularités de la matière organique (MO) domestique par rapport à la MO naturelle ; nous analysons les processus et vitesses de dégradation de la MO Naturelle. Une seconde partie traite des notions théoriques et postulats afin d'arriver à des définitions opérationnelles de la stabilité, résistance, résilience et du stress d'un système. Nous proposons un modèle de capacité d'assimilation en rivière. Une troisième partie décrit les outils analytiques originaux développés : extraction enzymatique des protéines sédimentaires et dosage de l'activité protéolytique globale. Puis nous avons analysé 26 échantillons d'eau résiduaire (influents et effluents) et suivi la dégradation de 4 d'entre eux (modélisation de constantes cinétiques). Enfin, afin d'étudier biochimiquement la capacité d'assimilation (CA), nous avons posé 2 hypothèses (3 niveaux de réponse, l'hyporhéon principal lieu d'auto-épuration). Nous avons conçu un modèle physique simulant l'hyporhéon et étudié sa réponse à des apports croissants de protéines. Les analyses démontrent : une faible accumulation de protéines dans les biofilms hyporhéiques pour des flux journaliers allant de 0,1 à 20mg/j ; la percolation de protéines stimule l'activité protéolytique (Vm accrue) en revanche le Km ne change pas significativement ; les capacités d'assimilation ainsi stimulées sont très largement supérieures aux charges journalières introduites dans le système et expliquent la faible accumulation de protéines ; enfin, cette stimulation ne concerne qu'une zone active de faible épaisseur :
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