Solutions de gestion émergentes
Améliorer les systèmes de traitement
Le développement de technologies innovantes et l'amélioration des systèmes conventionnels offrent des méthodes améliorées de traitement des eaux usées. Certaines de ces nouvelles stratégies de gestion visent à accroître l'efficacité du traitement, à améliorer la qualité des eaux rejetées ou à tirer profit d'une ressource précieuse récupérée à partir des eaux usées.
Amélioration des systèmes septiques
L'utilisation généralisée des systèmes septiques a entraîné le développement d'une variété de modifications qui répondent à des besoins de traitement uniques. Ces étapes de traitement supplémentaires garantissent que les eaux usées qui pénètrent dans l'environnement sont plus propres. Étant donné que ces systèmes sont généralement associés à des puits comme source d'eau potable, cela améliore également la qualité de l'eau potable.
Systèmes septiques à chambre
Un système de chambre est une alternative à la conception septique traditionnelle en gravier/pierre, qui est plus facile à construire. Le champ d'épuration est constitué d'une série de chambres fermées entourées de terre. Les eaux usées se déplacent dans la fosse septique, puis dans les chambres, où les microbes du sol aident à éliminer les agents pathogènes.
Fosse septique à chambre. Source : EPA des États-Unis
Systèmes septiques en grappe
Une fosse septique en grappe ou communautaire augmente l'efficacité du traitement des eaux usées en combinant les eaux usées d'un groupe de maisons. Chaque maison possède sa propre fosse septique assurant un premier traitement. L'effluent se rassemble et s'écoule à travers un champ d'épuration partagé. Ces systèmes fonctionnent mieux dans les communautés rurales en croissance avec des maisons proches les unes des autres.
Fosse septique en grappe. Source : EPA des États-Unis
Systèmes septiques réduisant les éléments nutritifs
La réduction des charges en éléments nutritifs dans les plans d'eau locaux est une priorité élevée lors du développement de systèmes améliorés de traitement des eaux usées. Les nouvelles technologies de système septique augmentent la capacité d'élimination des éléments nutritifs des effluents avant leur rejet. Ces améliorations du système sont de plus en plus courantes, et même nécessaires dans certains endroits particulièrement vulnérables à l'eutrophisation. Les filtres à sable, comme le montre le schéma ci-dessous, assurent un haut niveau d'élimination des nutriments. Ils sont plus chers que les systèmes conventionnels mais peuvent aider à atténuer les niveaux de nutriments dans les plans d'eau à proximité.
Fosse septique avec filtre à sable. Source : EPA des États-Unis
Unités de traitement aérobie
Unité de traitement aérobie. Source : EPA des États-Unis
Dans les endroits où les écosystèmes aquatiques sont particulièrement sensibles à la pollution par les nutriments, les unités de traitement aérobie offrent une version à petite échelle des traitements utilisés dans les stations d'épuration centralisées. L'ajout d'oxygène augmente l'activité bactérienne pour réduire les niveaux de nutriments. Certains systèmes ont des réservoirs de traitement supplémentaires avec une étape de désinfection pour éliminer les agents pathogènes.
Récupération des ressources
La récupération des ressources fait référence à la capture et à la réutilisation de l'eau et des solides provenant des déchets humains. Certaines stratégies de récupération des ressources comprennent :
- Récupération de l'eau douce pour l'irrigation et d'autres utilisations non potables, ce qui peut également réduire l'eau nécessaire pour l'assainissement et le traitement futurs
- Biosolides utilisé pour ajouter au sol comme engrais lorsqu'il est traité selon des normes appropriées (par exemple, Biosolides en boucle Seattle, États-Unis, qui utilise des microbes et de la chaleur pour la digestion afin de créer un produit à utiliser dans les jardins et les forêts)
- Microfiltration, osmose inverse, et UV (utilisé par Système de reconstitution des eaux souterraines du comté d'Orange, pour l'eau potable à Los Angeles, USA)
- Production de biogaz grâce à digestion anaérobie et le captage du méthane - souvent utilisé par les usines de traitement des eaux usées à grande échelle (STEP) pour récupérer les ressources, traiter les biosolides et atténuer les émissions de gaz à effet de serre
La récupération des ressources gagne du terrain en tant que solution pour les petits systèmes décentralisés et les grandes usines de traitement centralisées. Les avantages des stratégies de récupération des ressources comprennent :
- Éliminer les nutriments et les contaminants dangereux pour la santé humaine et océanique.
- Récupérer des ressources précieuses à partir des déchets.
- Peut être mis en œuvre comme système d'assainissement là où il n'en existait pas ou améliorer/remplacer un système de traitement obsolète.
Deux opérations sont présentées plus en détail ci-dessous, offrant des exemples d'innovations basées sur des conteneurs et à l'échelle municipale.
SOL
En Haïti, l'organisation non gouvernementale SOL (Moyens de subsistance intégrés organiques durables) applique une technologie de récupération des ressources pour fournir un assainissement basé sur des conteneurs. Ce système fournit en toute sécurité des toilettes à ceux qui n'y ont pas accès et offre une solution à la pollution et à l'érosion. Les toilettes détournent l'urine et isolent les déchets solides pour une collecte hebdomadaire.
Illustration du processus d'assainissement et de récupération des ressources à base de conteneurs SOIL. Source : SOL
SOIL collecte et transporte les déchets vers une installation de compostage où ils sont traités selon les normes définies par l'Organisation mondiale de la santé. L'engrais fini est vendu aux agriculteurs pour augmenter les rendements de leurs cultures et réduire l'érosion.
Janicki Bioénergie
Idéalement, la récupération des ressources crée de la valeur à partir des déchets grâce à un système en boucle entièrement fermée, comme illustré par le Janicki Omni Processor. Le processeur Omni prend en charge les déchets humains et les ordures et les transforme en énergie électrique et en eau potable. Il fonctionne comme une centrale à vapeur, un incinérateur et un système de filtration d'eau combinés en un seul. Bien qu'il soit encore un prototype à Dakar, au Sénégal, le système démontre le potentiel de compenser les coûts associés aux opérations (puisqu'il produit sa propre énergie pour fonctionner) et aux ressources naturelles (puisque les eaux usées et les déchets sont gratuits). Reconnaissant les coûts initiaux élevés pour construire ce système, le processeur Omni est un remplacement potentiel pour les usines de traitement des eaux usées à grande échelle desservant les villes du monde entier.
Processeur Janicki Omni. Source : Janicki Bioénergie
Solutions basées sur la nature
Les processus de traitement naturels utilisent des plantes et des microbes pour décomposer, absorber, piéger et/ou oxygéner les polluants dans l'eau contaminée au fur et à mesure qu'elle se déplace dans l'environnement. Ces processus naturels capturent et filtrent efficacement les eaux de surface et souterraines contaminées, y compris les eaux de ruissellement polluées des précipitations, avant qu'elles ne soient rejetées dans l'océan.
Opportunités et avantages des solutions basées sur la nature. Source : UICN Eau
Solutions basées sur la nature comprennent les zones humides aménagées, les rigoles biologiques, les gisements de charbon actif, les étangs de peuplement, les zones tampons riveraines, etc. Les critiques des solutions basées sur la nature prétendent qu'elles peuvent ne pas fournir un traitement et une élimination adéquats des agents pathogènes. Cependant, une stratégie efficace pour améliorer l'élimination des agents pathogènes consiste à s'assurer que le système offre une interaction prolongée avec l'oxygène et les microbes en ralentissant les débits et en couplant les solutions basées sur la nature avec des étapes de traitement supplémentaires à partir d'un système centralisé ou décentralisé. Ces stratégies ont l'avantage supplémentaire de fournir un habitat pour soutenir la biodiversité, soutenir les loisirs (y compris la pêche et le tourisme) et des avantages esthétiques par rapport aux autres technologies de traitement.
Explorez ces deux exemples pour examiner de plus près les processus de traitement naturels :
- L'infrastructure verte a été utilisée pour fournir un traitement supplémentaire à la décharge de la fosse septique, améliorant l'élimination des contaminants et réduisant considérablement le volume d'eaux usées entrant Baie de Guánica, Porto Rico.
- Le biochar (charbon produit à partir de matière organique) et le vétiver ont été utilisés pour lutter contre l'érosion et éliminer les nutriments dans Samoa américaines.
Règlement de mise en place
Les incohérences réglementaires, au sein et entre les communautés, les villes, les États et les nations, présentent un défi complexe pour la gestion des eaux usées. Une surveillance régulière et l'établissement de seuils locaux pour les contaminants véhiculés par les eaux usées devraient être mis en œuvre pour identifier les événements de pollution. Avec des seuils définis, les communautés peuvent mieux déterminer quand des réponses spécifiques doivent être prises, comme la fermeture des plages pour les loisirs ou l'émission d'un avis d'ébullition de l'eau. La plupart des normes de traitement et/ou des réglementations sur les effluents existantes proviennent des régions tempérées, mais ces normes peuvent être utilisées comme modèle pour établir des normes de surveillance et d'intervention à mener dans les zones tropicales. Bien que les réglementations puissent sortir du cadre du travail des gestionnaires marins, les outils développés dans le cadre des réglementations d'autres pays peuvent aider à orienter les plans de surveillance et les seuils pour lutter contre la pollution par les eaux usées. Explorez les pages 22-28 de Guide du praticien sur la pollution des eaux usées océaniques pour en savoir plus sur les cadres existants aux niveaux régional et national, ainsi que sur les différentes catégories à prendre en compte pour les réglementations et codes pertinents.
Plusieurs outils ont été mis en œuvre par l'Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis pour établir des seuils de contaminants pour les plans d'eau et la vie aquatique. Un outil de seuil couramment utilisé est une charge quotidienne maximale totale, ou TMDL, qui limite la quantité d'un contaminant spécifique autorisé à pénétrer dans un plan d'eau. Ceci est particulièrement efficace pour les contaminants des eaux usées qui sont dérivés de sources non ponctuelles. Les TMDL concernent la quantité de contaminants pénétrant dans un plan d'eau plutôt que leur (s) source (s). Quelques-uns des outils EPA supplémentaires inclure des couches de données nutritionnelles (NPDAT), un programme de modélisation de la qualité de l'eau (GUÊPE) et un outil de diagnostic de la déficience biologique (CADDIS).
Gradient de condition biologique
Gradient de condition biologique
Un nouvel outil réglementaire de l'US Coral Reef Task Force est le Biological Condition Gradient (BCG), qui est basé sur des critères de qualité de l'eau spécifiques aux environnements récifaux. Le BCG a été développé à l'origine comme un cadre à utiliser pour interpréter les effets de différents facteurs de stress sur les environnements d'eau douce. Avec de nouvelles orientations spécifiques aux écosystèmes de récifs coralliens, le BCG peut aider les gestionnaires à établir un gradient de stress en utilisant des espèces pertinentes pour leur zone : coraux, éponges, poissons, algues ou plantes. Ce gradient devrait décrire la réponse biologique à mesure que les facteurs de stress passent de minimes à graves. Le niveau un représente la condition indigène et devrait décrire la population dans des circonstances normales. Pour les coraux, cela peut inclure le ratio d'espèces connues pour être sensibles au stress par rapport à celles qui sont plus tolérantes. À mesure que le gradient de contrainte augmente, cet équilibre peut changer. L'outil, associé à des exemples de projets de recherche, peut aider les gestionnaires à définir une base de référence et à compiler des données sur la pollution et les écosystèmes au fil du temps. Ces informations peuvent être utilisées pour comprendre l'impact de la pollution sur les écosystèmes et prédire les impacts d'une contamination future ou d'une exposition à long terme sur les systèmes récifaux.
Stratégie nationale de gestion de la qualité de l'eau de l'Australie
Côte d'Or, Australie. Photo © Marian Frew/TNC Concours photo 2019
Un autre ensemble de lignes directrices qui peut être utilisé comme référence lors de l'élaboration de réglementations ou de seuils est Stratégie nationale de gestion de la qualité de l'eau de l'Australie. Cette stratégie a été élaborée pour éviter la contamination des plans d'eau lorsque les stations d'épuration rejettent de l'eau. Alors que les normes de traitement des effluents d'eaux usées rejetées dans les eaux côtières sont fixées localement, ces directives nationales encouragent la surveillance de la qualité de l'eau à plusieurs étapes du processus de traitement pour vérifier qu'elles éliminent les contaminants. Le document identifie les masses d'eau particulièrement sensibles à la contamination en raison de taux de dilution plus lents, comme les baies et les estuaires, où un traitement secondaire (au minimum) et souvent une élimination supplémentaire des nutriments sont nécessaires pour protéger les écosystèmes.
Base de données nationale australienne sur les exutoires
Carte de la base de données nationale australienne sur les exutoires
Pour faciliter la surveillance et la gestion, la National Outfall Database cartographie le volume des rejets dans les émissaires à travers l'Australie et rend compte des populations desservies, des types de traitements et des divers niveaux de polluants. Les stratégies de gestion des eaux usées en Australie sont de plus en plus alignées sur la conservation marine, illustrée par le Modernisation de la station de traitement des eaux usées de Cleaner Seas Alliance à Cairns.
Cette base de données rapporte les niveaux moyens mensuels de différents polluants, y compris le pH, les solides dissous totaux, l'azote, le phosphore et E. coli. Les gestionnaires peuvent voir quels emplacements à travers l'Australie mesurent et quelle plage de valeurs est normale dans chaque emplacement.
Associations de traitement des eaux usées
Les associations régionales sont des partenaires clés pour mettre en relation les gestionnaires avec les régulateurs et les services publics. Des organisations telles que Association des eaux et des eaux usées des Caraïbes, Association des eaux et des eaux usées du Pacifique, et le Association de l'eau et des déchets du Pacifique sont des ressources précieuses pour les gestionnaires qui cherchent à naviguer dans les exigences réglementaires qui leur sont applicables et à accéder aux données, aux outils et à d'autres ressources.
Adéquation du système
Le tableau ci-dessous présente quelques considérations pour guider la prise de décision du système en fonction des effluents, des règlements et du milieu récepteur. Les outils qui tiennent compte des critères sociaux, sanitaires et environnementaux pour déterminer l'intervention d'assainissement la plus appropriée font actuellement défaut. Au fur et à mesure que de futurs outils sont développés, il est important d'inclure un aperçu des praticiens de la mer sur le degré de traitement et les technologies les plus efficaces pour protéger l'océan.
Le schéma ci-dessus détaille les considérations que les outils intégrés d'aide à la décision sur l'adéquation des systèmes peuvent inclure pour prendre en compte la santé, les écosystèmes, les ressources, l'efficacité, l'acceptabilité et la durabilité. Source: Adapté de l'US EPA
Le Massachusetts côtier est confronté à des défis de chargement de nutriments associés à la pollution des eaux usées depuis des décennies. En réponse, la Commission de Cape Cod a créé un site Web interactif sur les technologies d'assainissement, Matrice des technologies. Cet outil détaille les attributs et les lacunes de diverses technologies qui les rendent appropriées dans différents contextes. Un accent particulier sur l'élimination des nutriments, assainissement côtieret la restauration démontrent la pertinence de ce site pour les praticiens de la mer. Cliquer sur ces technologies fournit plus d'informations sur les solutions disponibles et celles qui peuvent être les plus compatibles dans une circonstance donnée.