In situ observation of suspended solid aggregates in rivers

Abstract

Suspended solids are a major pathway of the biogeochemical fate of many contaminants in aquatic systems. Aggregation processes of particles are poorly reported in rivers but they are likely to exist at low flow, mostly because of sticky polysaccharides produced by living organisms. These processes affect suspended particle transport by changing particle sizes and densities and may also limit exchanges of matter between solid and dissolved phases. The main difficulty in floc studies is aggregate fragility, which requires the use of specialized in situ techniques to analyze aggregated suspended solids.

We describe two in situ methods for observing suspended particles which do not need heavy field equipment. The first one is based on the filtration of a thin water layer in the natural flow through a membrane which can subsequently be observed by microscope. The second one is based on in situ video snapshots of suspended solids by an endoscope. The video camera linked to the microscope or the endoscope supplies images which are automatically analyzed by image processing to give size distributions.

Procedures and validation for both methods are described and results compared with a standard method. The filtration method has been used to trace suspended solids from sewer overflows in the Seine River downstream of Paris. Freshwater flocs are described and a discussion of the fate of aggregates is presented.

Résumé

Les matières en suspension sont déterminantes dans le cycle biogéochimique de nombreux polluants des systèmes aquatiques. Les phénomènes d'agrégation des particules sont encore mal connus en rivière, mais peuvent se produire dans les fleuves urbains du fait de la lenteur des écoulements et vraisemblablement de l'importance des processus bactériens. Ces phénomènes influencent directement le transport des suspensions en modifiant les tailles et les densités des particules. Ils peuvent également limiter les échanges chimiques entre phase dissoute et particulaire.

Le problème de la fragilité des flocs et la complexité des équipements habituellement utilisés in situ nous ont conduit à développer deux méthodes d'observation non destructives des flocs. La première consiste à filtrer une mince lame d'eau directement dans l'écoulement naturel puis à observer les suspensions au microscope. La deuxième méthode est l'observation directe des suspensions dans l'écoulement, grâce à un endoscope. Une caméra vidéo reliée au microscope ou à l'endoscope fournit des images que l'on traite automatiquement (dénombrement et mesure des particules) pour obtenir la granulométrie des agrégats naturels.

Nous comparons les résultats des deux méthodes à ceux d'une méthode de référence, puis nous comparons les deux méthodes entre elles. La filtration in situ a été utilisée en Seine à l'aval de gros rejets de temps de pluie de l'agglomération parisienne pour étudier les matières en suspension issues des rejets. La caractérisation des flocs de Seine permet de discuter de leur devenir dans le fleuve.