Bioklawowanie

Biocolmatage jest zatkanie przestrzeni porów gleby biomasy mikrobiologicznej ; Ich ciała i metaboliczne produkty uboczne, takie jak macierz zewnątrzkomórkowa zbudowana z substancji polimerowych. Biomasa drobnoustrojów blokuje drogę wody do przestrzeni porowej, tworząc w glebie pewną grubość nieprzepuszczalnej warstwy i drastycznie zmniejszając szybkość infiltracji wody. Nazywa się to również zatykaniem biologicznym.

Bioklogowanie obserwuje się przy ciągłej infiltracji w różnych warunkach terenowych, takich jak sztuczne stawy zasilające, rowy infiltracyjne, kanały irygacyjne , oczyszczalnie ścieków i wyłożenie wysypisk . Wpływa również na przepływ wód gruntowych w warstwach wodonośnych , np. Reaktywna przepuszczalna bariera i zwiększone odzyskiwanie ropy w procesie mikrobiologicznym. W sytuacji, gdy wymagana jest infiltracja wody, bioklogowanie jest problematyczne i dochodzi do skurczów typu regularne osuszanie układu. W niektórych przypadkach bio-zatykanie jest stosowane w celu utworzenia nieprzepuszczalnej warstwy, aby zminimalizować szybkość infiltracji.

Ogólny opis

Zmiana drożności w czasie

Bioklogging obserwuje się jako spadek szybkości infiltracji. Spadek szybkości infiltracji pod wpływem infiltracji ważonej zaobserwowano w latach czterdziestych XX wieku w celu zbadania infiltracji sztucznego stawu zasilającego i rozprowadzania wody na glebach rolniczych. Kiedy gleby są stale zanurzone, przepuszczalność lub przewodność hydrauliczna zmienia się w 3 etapach, co wyjaśniono w następujący sposób.

  1. Przepuszczalność spada na 10-20 dni, prawdopodobnie z powodu fizycznych zmian w strukturze gleby.
  2. Przepuszczalność wzrasta w wyniku rozpuszczania powietrza uwięzionego w glebie w przesiąkającej wodzie.
  3. Przepuszczalność spada przez 2 do 4 tygodni z powodu rozpadu agregatów i biologicznego zatykania porów gleby przez komórki drobnoustrojów i ich syntetyzowane produkty, szlam lub polisacharydy.

Te 3 etapy niekoniecznie są odrębne w każdych warunkach w dziedzinie biokumulacji; Gdy drugi etap nie jest jasny, drożność nadal się zmniejsza.

Różne rodzaje zatykania

W różnych sytuacjach terenowych obserwuje się zmianę przepuszczalności w czasie. W zależności od stanu gruntu istnieją różne przyczyny zmiany przewodnictwa hydraulicznego , które podsumowano w następujący sposób.

  1. Przyczyny fizyczne: fizyczna przeszkoda przez zawiesinę lub fizyczne zmiany w glebie, takie jak dezintegracja struktury kruszywa . Rozpuszczanie powietrza uwięzionego w glebie w przesiąkającej wodzie jest fizyczną przyczyną wzrostu przewodnictwa hydraulicznego.
  2. Przyczyny chemiczne: zmiana stężenia elektrolitu lub szybkości wchłaniania sodu ( SAR ) w fazie wodnej, co powoduje rozproszenie i pęcznienie cząstek gliny .
  3. Przyczyny biologiczne: Zazwyczaj bioklogowanie oznacza pierwszy z następujących, podczas gdy biologiczny w szerokim sensie oznacza wszystkie następujące.
    1. Biologiczne zatykanie ciałami komórek drobnoustrojów (takich jak bakterie , glony i grzyby ) i ich metaboliczne produkty uboczne, takie jak macierz zewnątrzkomórkowa złożona z substancji polimerowych, które tworzą biofilm lub agregację mikrokolin na cząstkach gleby, są biologicznymi przyczynami bezpośrednimi skutkami spadek przewodności hydraulicznej.
    2. Przyciąganie pęcherzyków gazu, takich jak metan wytwarzany przez mikroorganizmy metanogenne, blokuje pory gleby i pomaga zmniejszyć przewodność hydrauliczną. Ponieważ gaz jest również produktem ubocznym mikroorganizmów, można go również uznać za biokumulację.
    3. Bakterie żelaza stymulują odkładanie się wodorotlenku żelaza (III), co może powodować zatykanie porów gleby. Jest to pośrednia biologiczna przyczyna spadku przewodnictwa hydraulicznego.

Bibliografia

  1. (w) THE Allison , „  Wpływ przepuszczalności mikroorganizmów glebowych pod wpływem długotrwałego zanurzenia  ” , Soil Science , vol.  63, n o  6,1947, s.  439–450 ( czytaj online )
  2. (w) P. Baveye P. Vandevivere BL Hoyle , PC DeLeo i DS de Lozada , „  Wpływ na środowisko i mechanizmy biologicznego zatykania nasyconych gleb i materiałów wodonośnych  ” , Critical Reviews in Environmental Science and Technology , Vol.  28 N O  22006, s.  123–191 ( DOI  10.1080 / 10643389891254197 , przeczytaj online [ PDF ])
  3. (in) RP Gupta i D. Swartzendruber , „  Flow-Associated Redukcja hydraulicznego przewodnictwa piasku kwarcowego  ” , Soil Science Society of America Journal , vol.  26, n o  1,1962, s.  6–10 ( DOI  10.2136 / sssaj1962.03615995002600010003x )
  4. (w) WT Frankenberger , FR Troeh i LC Dumenil , „  Bacterial effects is hydraulic przewodnictwo gleby  ” , Soil Science Society of America Journal , vol.  43 N O  21979, s.  333–338 ( DOI  10.2136 / sssaj1979.03615995004300020019x )
  5. (in) P. Vandevivere i P. Baveye , „  Zmniejszenie przewodności hydraulicznej nasyconej spowodowane przez bakterie tlenowe w kolumnach piaskowych.  ” , Soil Science Society of America Journal , vol.  56, n o  1,1992, s.  1–13 ( DOI  10.2136 / sssaj1992.03615995005600010001x , przeczytaj online [ PDF ])
  6. (w) L. Xia , X. Zheng , H. Shao , J. Xin , Z. Sun i L. Wang , „  Efekty komórek bakteryjnych i dwóch rodzajów polimerów zewnątrzkomórkowych to biokomórkowe kolumny piasku  ” , Journal of Hydrology , lot.  535,2016, s.  293–300 ( DOI  10.1016 / j.jhydrol.2016.01.075 )
  7. (w) Pan Gette-Bouvarot F. Mermillod-blondin R. Angulo-Jaramillo , C. Delolme D. Lemoine , L. Lassabatère S. Loizeau i L. Volatier , "  Coupling pomiarów hydrauliczne i biologiczne wskazuje główne wpływy biofilmu glonów na wydajności basenu infiltracyjnego  ” , Ecohydrology , vol.  7, n O  3,2014, s.  950–964 ( DOI  10.1002 / eco.1421 , czytaj online [ PDF ])
  8. (w) K. Seki , T. Miyazaki i Mr. Nakano , „  Redukcja przewodnictwa hydraulicznego z powodu efektów mikrobiologicznych.  ” , Transactions of Japanese Society of Irrigation, Drainage and Reclamation Engineering , vol.  181,1996, s.  137–144 ( DOI  10.11408 / jsidre1965.1996.137 , czytaj online [ PDF ])
  9. (w) K. Seki , T. Miyazaki i Mr. Nakano , „  Wpływ mikroorganizmów na przewodnictwo hydrauliczne Spadek infiltracji  ” , European Journal of Soil Science , vol.  49 N O  21998, s.  231–236 ( DOI  10.1046 / j.1365-2389.1998.00152.x , czytaj online [ PDF ])
  10. (w) Y. Jiang i S. Matsumoto , „  Zmiana w mikrostrukturze zatkanej gleby w oczyszczaniu ścieków glebowych w warunkach długotrwałego zanurzenia  ” , Soil Science and Plant Nutrition , tom.  41 N O  21995, s.  207–213 ( DOI  10.1080 / 00380768.1995.10419577 , przeczytaj online [ PDF ])
  11. (en) SW Taylor , PCD Milly i PR Jaffé , „  Wzrost biofilmu i związana z tym wymiana właściwości fizycznych porowatego podłoża: 2. Przepuszczalność  ” , Water Resources Research , Vol.  26 N O  9,1990, s.  2161–2169 ( DOI  10.1029 / WR026i009p02161 )
  12. (w) L. Zhao , W. Zhu i W. Tong , „  Proces zatykania spowodowany wzrostem biofilmu i gromadzeniem się cząstek organicznych na terenach podmokłych z przepływem pionowym w skali laboratoryjnej  ” , Journal of Environmental Science , vol.  21, n o  6,2009, s.  750–757 ( DOI  10.1016 / S1001-0742 (08) 62336-0 , czytaj online [ PDF ])
  13. (w) J. Kim , H. Choi i YA Pachepsky , „  Biofilm morphology as related to the porous media clogging  ” , Water Research , vol.  44, n o  4,2010, s.  1193–1201 ( DOI  10.1016 / j.watres.2009.05.049 , czytaj online [ PDF ])
  14. (w) K. Seki i T. Miyazaki , „  Matematyczny model biologicznego zatykania jednolitych porowatych mediów  ” , Water Resources Research , Vol.  37 N O  12,2001, s.  2995–2999 ( DOI  10.1029 / 2001WR000395 , czytaj online [ PDF ])
  15. (in) WD Reynolds , DA Brown , SP Mathur i RP Overend , „  Wpływ akumulacji gazu in situ na przewodnictwo hydrauliczne torfu  ” , Soil Science , vol.  153 n O  5,1992, s.  397–408 ( czytaj online )
  16. (w) S. Houot i J. Berthelin , „  submikroskopowe badania złóż żelaza występujących w drenach terenowych: Formacja i ewolucja  ” , Geoderma , vol.  52, n kość  3-4,1992, s.  209-222 ( DOI  10.1016 / 0016-7061 (92) 90037-8 )