Solutions de gestion émergentes

Tuyau d'égout sous-marin. Photo © Grafner/iStock

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 générer des bénéfices à partir d'une ressource précieuse récupérée à partir des eaux usées. 

Augmenter l'efficacité des systèmes septiques​

L'utilisation généralisée des systèmes septiques a entraîné le développement d'une variété de modifications répondant 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. Les besoins de traitement peuvent inclure l’augmentation de la capacité et de l’efficacité des systèmes ou la réduction des charges de nutriments. Ces améliorations du système deviennent de plus en plus courantes, et même nécessaires dans certains endroits particulièrement vulnérables aux impacts des eaux usées.

Une fosse septique à chambre est une alternative à la conception septique traditionnelle en gravier/pierre, qui est plus facile à construire, mais pas aussi efficace. Dans un système de chambres, le champ d’épuration est constitué d’une série de chambres fermées entourées de terre. Les eaux usées passent par la fosse septique, puis dans les chambres, où les microbes présents dans le sol aident à éliminer les agents pathogènes.

Fosse septique à chambre US EPA

Fosse septique à chambre. Source : EPA des États-Unis

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

Fosse septique en grappe. Source : EPA des États-Unis

Les nouvelles technologies de systèmes septiques, notamment les filtres à sable, augmentent la capacité d'élimination des éléments nutritifs des effluents avant leur rejet. Les filtres à sable, comme le montre le diagramme ci-dessous, sont plus coûteux 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

Fosse septique avec filtre à sable. 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.

Unité de traitement aérobie

Unité de traitement aérobie. Source : EPA des États-Unis

Voir le étude de cas de Long Island, New York décrivant les efforts visant à remplacer les anciennes installations septiques par des systèmes de réduction de l'azote avec des champs de lixiviation peu profonds qui peuvent empêcher environ 95% de l'azote des effluents d'eaux usées de pénétrer dans le bassin versant et permettre aux aquifères souterrains de se recharger.

Systèmes de récupération des ressources

La récupération des ressources fait référence à la capture et à la réutilisation de l'eau et des solides issus des déchets humains. Les avantages des stratégies de récupération des ressources comprennent l’élimination des nutriments et des contaminants dangereux pour la santé humaine et océanique et la récupération de ressources précieuses à partir des déchets. Ils peuvent également être mis en œuvre comme système d’assainissement là où il n’en existe pas ou améliorer/remplacer un système de traitement obsolète. Certaines stratégies de récupération des ressources comprennent :

  • Récupération de l'eau douce pour l’irrigation et d’autres usages non potables, ce qui peut également réduire les besoins en eau pour l’assainissement et le traitement futurs.
  • Biosolides ajouté au sol comme engrais lorsqu'il est traité selon les normes appropriées (par exemple, Biosolides en boucle Seattle, États-Unis, qui utilise les microbes et la chaleur pour la digestion afin de créer un produit à utiliser dans les jardins et les forêts).
  • Microfiltration, osmose inverse, et UV pour créer de l'eau potable (par exemple utilisée 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 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 aussi bien pour les petits systèmes décentralisés que pour les grandes usines de traitement centralisées.

Trois projets ou opérations sont présentés plus en détail ci-dessous, offrant des exemples de petites solutions basées sur des conteneurs et d'innovations à grande échelle municipale.

En Haïti, l'organisation non gouvernementale SOL (Moyens de subsistance intégrés organiques durables) applique une technologie de récupération des ressources pour fournir des installations sanitaires et des engrais agricoles en conteneurs. Ce système fournit en toute sécurité des toilettes en conteneurs à ceux qui n'y ont pas accès et offre une solution à la pollution et à l'érosion. SOIL collecte les conteneurs chaque semaine pour détourner l'urine, isoler les déchets solides des cours d'eau et prévenir les maladies. SOIL transporte ensuite 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 leurs rendements et réduire l'érosion.

Illustration du processus d'assainissement et de récupération des ressources à base de conteneurs SOIL

Illustration du processus d'assainissement et de récupération des ressources à base de conteneurs SOIL. Source : SOL

Les infrastructures sont souvent limitées par la topographie de la région. Les zones flottantes, les plaines inondables, les sols imperméables et les zones côtières peuvent rendre difficile la mise en œuvre de nombreux systèmes. Le HandyPod est un système à faible coût composé de trois conteneurs connectés qui traitent progressivement les eaux usées et les rejettent dans un environnement aquatique ou terrestre. Voir le étude de cas du lac Tonle Sap, au Cambodge et du lac Indawgyi, au Myanmar décrivant l'élaboration et la mise en œuvre de Handypods de Wetlands Work.

Le système HandyPod. Source : Travaux sur les zones humides

Le système HandyPod. Source : Travaux sur les zones humides

Idéalement, la valorisation des ressources crée de la valeur à partir des déchets via un système en boucle entièrement fermée, comme l'illustre l'exemple de Sedron Technologies. Processeur Janicki Omni. Le processeur Omni récupère les déchets humains et les déchets 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). Au cours de sa première année à Dakar, l'Omni Processor a traité environ 700 tonnes de boues fécales. Compte tenu des coûts initiaux élevés de construction de ce système, l'Omni Processor est un remplacement potentiel pour les usines de traitement des eaux usées à grande échelle desservant les villes du monde entier à l'avenir.

Processeur Janicki Omni. Source : Janicki Bioénergie

Processeur Janicki Omni. Source : Janicki Bioénergie

Innovations récentes

  • Filtres à sable géotextile fonctionne en déplaçant l'eau d'abord à travers un tissu géotextile et une matière plastique, puis à travers du sable pour une filtration supplémentaire. Ce système offre une alternative aux systèmes septiques sur place.
  • Jardins de bioréacteurs utiliser des procédés naturels (bioréacteurs dénitrifiants) dans le sol et la végétation pour purifier l'eau provenant des fosses septiques. Les jardins réduisent les principaux composants des eaux usées : ammoniac, nitrate, phosphore et bactéries grâce à trois couches de plantes. La couche supérieure décompose les polluants et les organismes naturels, la couche intermédiaire convertit l'ammoniac en nitrate et une troisième couche contient des copeaux de bois et du biochar pour convertir le nitrate en azote gazeux inoffensif. Les jardins de bioréacteurs ont été utilisés efficacement à Hawaï et aux Palaos, voir De la crête aux récifs pour plus d’informations sur ces projets.
  • Filtres en verre utiliser du verre concassé, y compris du verre recyclé provenant de bouteilles de bière et de vin, comme tamis moléculaire pour traiter les eaux usées. Le système de filtration en verre peut être utilisé dans de multiples applications, notamment pour filtrer l’eau potable et traiter l’eau industrielle. Cette technologie gagne du terrain en Europe, notamment dans l'usine de Dryden Aqua en Écosse.
  • Vermiculture repose sur l’utilisation de vers pour éliminer les contaminants des eaux usées. L'eau qui en résulte peut être réutilisée pour l'agriculture et un sol précieux est également produit. Le système se compose d'une couche de copeaux de bois, de vers de terre et de microbes, d'une deuxième couche de roche concassée et d'une troisième couche qui sert de bassin de drainage. Pour plus d'informations sur ce système, lisez cette étude de cas sur la lombriculture à Hawaï.

Solutions basées sur la nature

Solutions basées sur la nature sont des actions visant à protéger, gérer durablement et restaurer les écosystèmes naturels et modifiés qui répondent aux défis sociétaux. Dans le contexte des eaux usées, les solutions fondées sur la nature font référence à l'utilisation planifiée et délibérée des écosystèmes et des services écosystémiques pour améliorer la qualité ou la quantité de l'eau et accroître la résilience au changement climatique. ref Pour la pollution des eaux usées, les solutions basées sur la nature utilisent des stratégies telles que les plantes et les microbes pour décomposer, absorber, piéger et/ou oxygéner les polluants présents dans l'eau contaminée lors de son déplacement dans l'environnement. Ces processus naturels captent et filtrent efficacement les eaux de surface et souterraines contaminées, y compris les eaux de ruissellement polluées par les précipitations, avant qu’elles ne soient rejetées dans l’océan.

Les solutions basées sur la nature comprennent également des zones humides artificielles, des rigoles biologiques, des dépôts de charbon actif, des étangs de décantation, des zones tampons riveraines, etc. Ces stratégies peuvent améliorer l'élimination des agents pathogènes en fournissant 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 provenant d'un système centralisé ou décentralisé. Ils ont également l’avantage supplémentaire de fournir un habitat propice à la biodiversité, de soutenir les loisirs (y compris la pêche et le tourisme) et d’offrir des avantages esthétiques par rapport aux autres technologies de traitement.

 

Explorez ces trois exemples pour examiner de plus près les solutions basées sur la nature :

  1. In Baie de Guánica, Porto Rico, des infrastructures vertes, notamment un jardin pluvial de vétiver, ont été utilisées pour fournir un traitement supplémentaire aux rejets des fosses septiques, améliorant ainsi l'élimination des contaminants et réduisant considérablement le volume d'eaux usées entrant dans la baie.
  2. In Samoa Américaines, le biocharbon (charbon produit à partir de matière organique) et le vétiver ont été utilisés pour contrôler l'érosion et éliminer les nutriments.
  3. Dans le République Dominicaine, une zone humide artificielle (un plan d'eau peu profond ou des bassins remplis de gravier ou de substrats artificiels végétalisés avec des plantes adaptées à l'écoulement de l'eau) a été utilisée pour aider à répondre au besoin important de captage et de traitement des eaux usées.

Établir et mettre en œuvre des règlements sur les eaux usées

Les lois, réglementations et codes peuvent constituer des solutions très efficaces pour atténuer la pollution des eaux usées, mais peuvent être difficiles à créer, à modifier ou à influencer. Voici des exemples de stratégies relatives aux eaux usées liées à la réglementation : ref

  • Paramètres normes de rejet des eaux usées, Il s'agit de l'une des approches les plus courantes pour réguler et réduire la pollution des eaux usées, mais elle peut s'avérer complexe et la génération des données requises constitue une entreprise colossale.
  • Détermination objectifs de niveau de traitement, où un objectif de réduction de la pollution est fixé pour chaque étape de traitement (primaire, secondaire, tertiaire).
  • Définir un objectif de réduction de la charge polluante, où une politique est créée définissant un objectif spécifique visant à réduire les polluants au fil du temps (par exemple, réduire d'au moins 50 % l'excès de nutriments et autres produits chimiques).

Les réglementations et politiques de gestion des eaux usées varient en fonction des efforts locaux, régionaux et nationaux ainsi que du contexte social, environnemental et politique. Explorez les pages 22 à 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, tels que les objectifs de développement durable (ODD), ainsi que sur les différentes actions à prendre en compte lorsque l'on tente de créer, de modifier ou d'influencer les lois, réglementations ou codes sur les eaux usées. Les exemples incluent : l'examen des lois et réglementations sur la pollution d'origine terrestre et la qualité de l'eau, la rédaction d'une législation nationale pour améliorer la qualité de l'eau et le développement d'initiatives de vote pour financer les infrastructures de gestion des eaux usées et des déchets. Voir également le Rubrique Collaborations de cette boîte à outils pour plus d’informations sur la coordination entre les secteurs et une approche intégrée de la pollution des eaux usées.

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