Le rôle des zones humides construites dans la réalisation des objectifs de réutilisation et de recyclage de l'eau

Présentation

La rareté mondiale de l'eau s'intensifie, sous l'impulsion de la croissance démographique, de la demande agricole et du changement climatique.Les collectivités et les industries se tournent vers la réutilisation et le recyclage de l'eau comme solution stratégique pour réduire l'extraction d'eau douce et construire des approvisionnements en eau résilients. Parmi les technologies les plus efficaces et les plus naturelles pour atteindre ces objectifs, on trouve les zones humides construites[, des systèmes conçus qui imitent les processus de purification des zones humides naturelles.

Comprendre les zones humides construites

Les milieux humides construits sont délibérément conçus et gérés en utilisant des plantes, des sols et des communautés microbiennes pour traiter les eaux contaminées. Contrairement aux milieux humides naturels, ils sont conçus pour assurer une performance uniforme, un contrôle du débit et une efficacité d'élimination des polluants.

Types de conception clés

Surface d'eau libre (FWS) Zones humides

Les systèmes de SCF ont des eaux peu profondes qui s'écoulent sur un lit de sol planté. Ils imitent les marais naturels et sont efficaces pour éliminer les solides en suspension, les matières organiques et les pathogènes par exposition au soleil, absorption des plantes et activité microbienne.

Flottage souterrain (SSF) Zones humides

Dans les milieux humides de la SSF, l'eau coule horizontalement ou verticalement à travers un milieu poreux (graveau, sable) planté avec de la végétation émergente. Le sol et les racines fournissent une surface pour les biofilms microbiens qui décomposent les polluants.

Systèmes hybrides et intensifs

Les conceptions modernes combinent plusieurs étapes – par exemple, le débit vertical suivi d'un débit horizontal – pour obtenir des taux d'élimination plus élevés pour l'azote et le phosphore. Certaines comprennent des zones aérées ou une recirculation pour augmenter les performances.

Mécanismes d ' élimination des polluants

Les milieux humides construits éliminent les contaminants par une série de procédés physiques, chimiques et biologiques qui fonctionnent de concert :

• Processus physiques—sédimentation, filtration et piège à adsorption solides en suspension, métaux lourds et matières organiques particulaires.
• Les processus chimiques—la précipitation, l'échange d'ions et les réactions redox transforment ou immobilisent les nutriments et les métaux.
• Les processus biologiques—l'activité microbienne (aérobie et anaérobie) décompose la matière organique, oxyde l'ammoniac en nitrate (nitrification) et convertit le nitrate en gaz azoté (dénitrification).Les racines de la plante fournissent de l'oxygène et de la surface pour les biofilms, tandis que certains agents pathogènes sont inactivés par l'exposition aux UV et la prédation.

La synergie de ces processus permet aux milieux humides construits d'atteindre des efficacités d'élimination élevées[ pour la demande biochimique en oxygène (DBO), les solides en suspension totaux (STS), l'azote, le phosphore et les coliformes fécaux – répondant souvent à des critères d'irrigation sans restriction ou de réutilisation industrielle.

Rôle dans les applications de réutilisation de l'eau

Les zones humides construites sont une pierre angulaire de nombreux programmes de réutilisation de l'eau, car elles peuvent produire de l'eau traitée qui répond à des exigences de qualité spécifiques sans utilisation lourde de produits chimiques ou consommation d'énergie.

Irrigation agricole et paysagère

Les effluents des zones humides traitées sont largement utilisés pour irriguer les cultures, les terrains de golf, les parcs et les routes médianes. Les éléments nutritifs comme l'azote et le phosphore qui restent dans l'eau peuvent réduire le besoin d'engrais synthétiques.

Eau industrielle

Les industries comme l'extraction minière, la pâte et le papier et la transformation des aliments produisent des eaux usées qui peuvent être traitées dans des milieux humides construits, puis réutilisées pour le refroidissement, le lavage ou la suppression des poussières.

Recharge des eaux souterraines

En polissant les eaux usées vers la qualité de l'eau potable, les zones humides construites peuvent être suivies d'un traitement par aquifère ou d'une injection directe pour reconstituer les aquifères. Par exemple, le Orange County Water District[ en Californie utilise un traitement avancé, y compris les zones humides construites dans le cadre de son système de reconstitution des eaux souterraines, fournissant un approvisionnement résistant à la sécheresse pour des millions.

Réutilisation potable (indirecte et directe)

Bien que les terres humides construites à elles seules ne produisent pas d'eau adaptée à une utilisation directement potable, elles sont de plus en plus utilisées comme tampon ou étape de prétraitement [ dans les trains de purification de l'eau avancés.Les procédés naturels de traitement ajoutent de la résilience et éliminent les contaminants émergents comme les produits pharmaceutiques.

Avantages des zones humides construites pour la réutilisation de l'eau

L'intégration des zones humides construites dans les stratégies de réutilisation de l'eau offre de multiples avantages économiques, environnementaux et sociaux.

Avantages économiques

• Frais d'investissement et d'exploitation faibles[ par rapport aux usines de traitement mécanique classiques.
• Manipulation réduite des boues[—Les terres humides produisent des biosolides minimes, réduisant ainsi les frais d'élimination.
• Longue durée de vie avec un entretien adéquat, souvent de 20 à 50 ans, offrant un rendement élevé sur l'investissement.
• Possibilités de recettes [ provenant des ventes d'eau récupérée et des crédits de services écosystémiques (p. ex., piégeage du carbone, compensation de la biodiversité).

Avantages pour l'environnement

• Création d'habitats pour les oiseaux, les amphibiens et les espèces aquatiques dans les milieux humides du FWS et du SSF.
• Séquestration du carbone[ dans la biomasse végétale et les sols.
• Imposition énergétique faible—Les conceptions de débit de gravité ne nécessitent aucun pompage, réduisant ainsi les émissions de gaz à effet de serre.
• Relèvement des nutriments[—Les plantes de milieux humides récoltées peuvent être utilisées comme matière première pour le compost ou la bioénergie.

Prestations sociales

• L'acceptation publique[—l'infrastructure verte s'harmonise avec les valeurs communautaires en matière de durabilité et d'esthétique.
• Occasions éducatives—Les sites humides deviennent des salles de classe en plein air pour la science de l'eau et l'écologie.
• Resilience—Les systèmes de zones humides décentralisées peuvent fonctionner pendant les pannes de courant, fournissant un traitement continu en cas d'urgence.

Défis et stratégies d'atténuation

Malgré leurs nombreux avantages, les zones humides construites sont confrontées à des limites pratiques qui doivent être gérées par une conception et une exploitation réfléchies.

Exigences foncières

Les zones humides ont besoin de superficies relativement grandes, généralement de 0,5 à 2 hectares par 1 000 m3/jour de débit. Pour les sites urbains ou spatiaux restreints, les zones humides hybrides, les systèmes d'écoulement vertical ou l'aération peuvent réduire l'empreinte de 50 à 70 %.

Sensibilité au climat

Dans les climats froids, la formation de glace et la réduction de l'activité biologique peuvent réduire les performances hivernales. Les solutions comprennent des conceptions de flux souterrain, des couvertures isolantes ou du chauffage à l'aide de chaleurs résiduaires.

Besoins en matière d'entretien

Les tâches courantes comprennent la gestion de la végétation (semencement, récolte), l'enlèvement des solides accumulés dans les zones d'entrée et la surveillance de la qualité de l'eau.Les contrôles automatisés et les capteurs à distance peuvent réduire le travail. Le prétraitement (réservoirs, écrans) empêche le blocage et prolonge la vie dans les zones humides.

Questions relatives au Mosquito et à l'odorat

Les mesures de contrôle biologique (moustique, Bacillus thuringiensis) et la conception hydraulique appropriée (turbulence, écoulement uniforme) en atténuent la présence. L'odore est minimisé par le maintien de conditions aérobies avec écoulement ou aération subsurface.

Études de cas : Mise en oeuvre réussie

Système de reconstitution des eaux souterraines du comté d'Orange, Californie

Depuis 2008, Orange County Water District exploite une installation de réutilisation de l'eau qui utilise un train de purification [ avancé[, y compris la microfiltration, l'osmose inverse et l'oxydation avancée UV. Les zones humides construites sont intégrées comme une étape finale de polissage avant l'injection dans l'aquifère. Le système produit 130 millions de gallons par jour d'eau de haute qualité, assurant un approvisionnement durable pour 2,5 millions de résidents. En savoir plus sur le GWRS.

Philippines : Des zones humides décentralisées pour l'irrigation du riz

Dans les zones rurales très peuplées, l'Institut international de gestion de l'eau a établi un partenariat avec les gouvernements locaux pour installer des terres humides construites à petite échelle qui traitent les eaux usées domestiques aux fins de réutilisation dans les champs de paddy. Les systèmes ont permis d'éliminer >90 % de la DBO et des agents pathogènes, de réduire les coûts des engrais et d'améliorer les rendements des cultures. Recherche IWMI sur les terres humides construites.