Initiative de gestion des eaux usées à petite échelle

Chercheur principal - Graham Gagnon, professeur, Université Dalhousie (2001-2004)

Enjeu

Dans les régions rurales du Canada, les principales sources d’eaux usées sont les exploitations agricoles et les petites localités. Du fait de leur taille, les systèmes conventionnels ne conviennent pas, et les systèmes de traitement naturel à faible coût (p. ex. marais artificiels de traitement) constituent une option attrayante. Les marais artificiels n’exigent pas d’intrants énergétiques, se gèrent facilement et sont relativement peu coûteux. Les froides conditions climatiques du Canada posent un défi original à la bonne mise en œuvre de ces systèmes de traitement. Il est nécessaire de déterminer des méthodologies de conception exactes, les taux de charge possibles, les stratégies de gestion hivernale et enfin, les gains d’efficacité sur le plan de la performance afin de comprendre les complexes procédés chimiques, biologiques et hydrologiques qui contrôlent la capacité de ces systèmes à traiter adéquatement les eaux usées.

Ce projet de recherche avait pour but de définir les caractéristiques de traitement de ces systèmes de traitement des eaux usées à faible coût pour les eaux usées rurales grâce à une série d’expériences novatrices en laboratoire et sur le terrain. La recherche visait avant tout à développer, par le biais de l’expérimentation contrôlée et de la modélisation du biofilm, une compréhension fondamentale des biofiltres à recirculation (RBF) afin d’élaborer une approche conceptuelle plus robuste pour la mise en œuvre durable de systèmes de traitement biologique sur place. Les principaux bénéficiaires de ces travaux de recherche sont les exploitants agricoles ainsi que les municipalités rurales qui peuvent ainsi bénéficier d’un traitement des eaux usées à la fois rentable et efficace.

Projet

Les systèmes de traitement des eaux usées à petite échelle doivent éliminer les substances organiques, l’azote, le phosphore et les pathogènes afin de répondre aux lignes directrices canadiennes régissant le rejet dans les eaux de surface. Ce projet de recherche a caractérisé les facteurs ayant une incidence sur le rendement des marais artificiels dans un climat nordique et a élaboré des stratégies pré- et post-traitement rentables afin d’améliorer l’élimination des nutriments.

Une des études de recherche a effectué une modélisation et une évaluation des RBF servant à traiter les eaux usées. Les résultats préliminaires montraient que les RBF assurent un traitement de haut niveau des eaux usées domestiques et que le verre pilé joue un rôle semblable à celui du sable dans le traitement à base de RBF et ce, à la fois dans les études en laboratoire et sur le terrain. Ces travaux de recherche ont également déterminé la capacité des filtres de tourbe à traiter les eaux usées d’origine agricole et domestique et ce, avec divers degrés de pré-traitement.

Les chercheurs ont évalué l’efficacité de la boue d’alun pour l’élimination du phosphore dans le traitement des eaux usées. Les essais par lots révélaient que la boue d’alun éliminait efficacement le phosphore (>90 %) dans ces systèmes. Les résultats expérimentaux indiquaient également que le pH, l’aluminium et la lixiviation de la teneur en matières organiques de l’effluent répondaient à la ligne directrice canadienne gouvernant le rejet dans des eaux de surface et ce, dans le cadre d’expériences en laboratoire. Enfin, des études ont porté sur les terres humides à circulation en surface à petite échelle et sur les effets de l’aération artificielle et des conditions climatiques froides sur les processus de traitement et sur le rendement d’épuration. Lors de la comparaison des temps de séjour réels aux temps de séjour théoriques, les chercheurs ont remarqué que les conditions d’écoulement idéal ne survenaient pas et que l’aération artificielle améliorait le rendement d’épuration pour plusieurs des paramètres d’eaux usées.

Les résultats obtenus dans le cadre de ces études ont permis de formuler, à l’intention des producteurs, des recommandations fondées sur des données probantes relativement au traitement des eaux usées par le biais de terres humides artificielles et pour la gestion des effluents d’ensilage.

Produits

• Création d’une nouvelle voie de collaboration avec les producteurs de la Nouvelle-Écosse, y compris des travaux avec le Nova Scotia Environmental Farm Plan Program et l’Atlantic Swine Research Partnership, facilitant les activités de transfert de technologie.
• Élaboration de ressources d’information destinées aux exploitations agricoles notamment des fiches d’information sur la gestion des eaux usées au moyen de terres humides (p. ex. Wetlands for the Treatment of Agricultural Wastewater in Nova Scotia), sur les bandes végétatives filtrantes (p. ex. Vegetated Infiltration Areas for the Management of Milkhouse Wastewater) et sur la désinfection de l’eau (p. ex. What You Should Know About Irrigation Water Quality Safety).
• En plus des activités de transfert du savoir ci-dessus, les résultats ont été diffusés par l’intermédiaire de travaux de congrès et de revues spécialisées.
• L’équipe de recherche a produit un nouveau matériau granulaire éliminant efficacement le phosphore qui pourrait être développé à des fins d’obtention d’un brevet.

Présentations choisies

Fahie, C.R., R.J. Gordon et G.A. Gagnon. 2002. Coupling peat filtration with granular adsorbents for treating agricultural wastewater. Conférence conjointe de la SCGC/ASCE en génie environnemental 2002. Niagara Falls, ON.

Mortula, M. et G.A. Gagnon. 2002. A review of physical-chemical approaches to phosphorus removal. Délibérations, Conférence internationale sur l’environnement du Bangladesh (ICBEN – 2002). Dhaka, Bangladesh.

Smith, E., R. Gordon, A. Madani et G. Stratton. 18 janvier 2002. Phytoremediation techniques at the NSAC. Recent Developments in Phytoremediation Workshop for the National Research Council Canada. Halifax, Nouvelle-Écosse. (Présentation et résumé). Rencontre internationale annuelle de l’ASAE 2005 à Tampa, en Floride.

 

Publications choisies

Hu, Z., M. Mortula, R.J. Gordon et G.A. Gagnon. 2003. Agricultural wastes. Water Environ. Research. Sous impression.

Jamieson, T.S., G. W. Stratton, R. Gordon et A. Madani. 2003. The use of aeration to enhance ammonia nitrogen removal in constructed wetlands. Le génie des biosystèmes au Canada 43: 1.9-1.14.

Jamieson, T.S., G. W. Stratton, R. Gordon et A. Madani. 2002. Phosphorus adsorption characteristics of a constructed wetland soil receiving dairy farm wastewater. Revue canadienne de la science du sol 82: 97–104.

Jamieson, R., R. Gordon, G. Stratton, A. Madani et K. Sharples. 2002. Movement and persistence of fecal bacteria in agricultural soils and subsurface drainage water: A review. Le génie des biosystèmes au Canada 44:1.1-1.9.

Maertens, M.R., T.S. Dykstra, L. Truelstrup-Hansen et G.A. Gagnon. 2003. Inactivation of MS 2 and E. coli in the presence of colloidal and humic material. Délibérations, Conférence annuelle de la Société canadienne de génie civil 2003. Moncton, N.?B.

Mortula, M. et G.A. Gagnon. 2003. Phosphorus removal from aquaculture process water. Délibérations, Conférence annuelle de la Société canadienne de génie civil 2003. Moncton, N.?B.

Mortula, M., P.G. Wells, M.R. Islam et G.A. Gagnon. 2003. Aluminum toxicity in fish from alum sludge: an ecological risk assessment. Délibérations, Conférence annuelle de la Société canadienne de génie civil 2003. Moncton, N.?B.

Smith, E., C. Fahie, R.J. Gordon et G.A. Gagnon. 2002. Agricultural wastes. Water Environ. Research. 73(5): 1-24. (CD-ROM)

Smith, E., R. Gordon, A. Madani et G. Stratton. 6-8 novembre 2002. Winter management of constructed wetland treatment systems. Dans : Drinking Water Supplies Assessment and Management Strategies for the 21st Century. Virginia Water Research Symposium. Richmond, Virginie. Rapport spécial du VWRRC SR21-2002.

Trias, M., Z. Hu, M. Mortula, R.J. Gordon et G.A. Gagnon. 2003. Impact of seasonal variation on treatment of swine wastewater, Le génie des biosystèmes au Canada. Sous examen.

Résultats

• Changements des pratiques associées à la technologie peu onéreuse avec diverses occasions de rehausser la productivité du secteur agricole, notamment les technologies passives comme les terres humides et les filtres de tourbe. Les résultats de recherche peuvent être incorporés dans les méthodologies actuelles de conception des terres humides pour les systèmes de gestion des eaux usées à petite échelle.
• Les chercheurs ont collaboré étroitement avec le bureau de Nova Universities Technology (NU-Tech) afin de rehausser le potentiel de commercialisation du projet. L’équipe de recherche a formé ultérieurement une relation de collaboration avec des épidémiologistes en vue d’élargir le projet pour qu’il examine les effets de la qualité de l’eau sur des déterminants de la santé, en se concentrant sur l’eau affectée par des activités agricoles.
• Le concept global de l’analyse des critères de conception et du rendement des biofiltres à recirculation a été appliqué au traitement des eaux usées des installations de transformation des produits de la pêche, un nouveau domaine d’étude. Une étude additionnelle a été lancée concernant l’utilisation de RBF pour éliminer les matières organiques et certains nutriments des eaux usées de telles installations.