Comprendre les zones humides construites pour le traitement résidentiel des eaux grises

La pénurie d'eau est un défi mondial croissant, poussant les propriétaires, les constructeurs et les décideurs à explorer des solutions décentralisées et durables de gestion de l'eau. Parmi celles-ci, les zones humides construites pour le traitement des eaux grises se distinguent par une approche naturelle, à faible consommation d'énergie et écologiquement bénéfique.

Un milieu humide construit est un système conçu qui exploite les mêmes processus physiques, chimiques et biologiques que ceux qui se produisent dans les milieux humides naturels, mais dans un environnement contrôlé. Ces systèmes sont conçus pour filtrer, absorber et décomposer les contaminants à l'aide d'une combinaison de plantes de sol, de gravier, de sable et de milieux humides spécialement sélectionnés.

Cet article examine en profondeur le fonctionnement des zones humides construites, leurs avantages et leurs limites, les considérations de conception, la sélection des installations, les exigences d'entretien et la façon dont elles se comparent à d'autres options de traitement des eaux grises.

Comment les zones humides construites traitent l'eau grise

Les milieux humides construits traitent les eaux grises par une combinaison de filtration physique, de sédimentation, d'adsorption et de dégradation biologique.

  • Filtration physique:[ Lorsque l'eau grise traverse les couches de gravier et de sable, de plus grandes particules comme la peluche, les cheveux, les déchets alimentaires et les salissures de savon sont piégés. Le milieu filtrant fournit également une surface pour l'attachement microbien.
  • Sédimentation:[ Des solides lourds se déposent dans le fond du bassin ou dans un réservoir de décantation préliminaire (souvent appelé fosse septique ou piège à graisse) avant que l'eau n'entre dans la zone humide.
  • Adsorption: Les cations et les molécules organiques adhèrent aux particules du sol et aux surfaces des racines des plantes, réduisant ainsi les concentrations de polluants.
  • Dégradation microbienne: Les bactéries aérobiques et anaérobies vivant sur les racines des plantes et dans le gravier décomposent la matière organique, les nutriments (azote et phosphore) et les pathogènes.
  • Plante d'absorption: Les plantes humides absorbent les nutriments (surtout l'azote et le phosphore) et certains contaminants traces, les intégrant dans leur biomasse. Elles fournissent également un habitat aux microorganismes et aident à isoler le système en hiver.

L'efficacité globale du traitement dépend de la conception du système, du taux de charge hydraulique, des espèces végétales, du climat et de la qualité des eaux grises entrantes. Les systèmes bien conçus permettent d'éliminer de 80 à 95 % la demande biochimique en oxygène (BOD), les solides en suspension totaux (TSS) et les agents pathogènes, avec des réductions importantes des nutriments et des agents de surface.

Types de zones humides construites pour une utilisation résidentielle

Deux types principaux de milieux humides construits sont utilisés pour le traitement des eaux grises : les milieux humides de surface libre (FWS) et les milieux humides de fond (SSF).

Surface d'eau libre (FWS) Zones humides

Dans une zone humide du SCF, l'eau coule au-dessus de la surface du sol, généralement à des profondeurs de 10 à 30 cm (4 à 12 pouces). Les plantes émergentes comme les queues de chat, les bourrasques et les roseaux poussent avec leurs racines dans les sédiments et les tiges au-dessus de l'eau. Ces systèmes imitent étroitement les marais naturels et fournissent un excellent habitat faunique.

Zones humides du sous-sol (SSF)

Dans une zone humide de la SSF, les eaux grises coulent horizontalement ou verticalement à travers un milieu poreux (graveau, sable ou autre milieu) restant sous la surface. Le niveau d'eau est maintenu au-dessus ou en dessous du milieu, éliminant le contact humain direct et réduisant les odeurs et les problèmes de moustiques.

  • Flux de surface horizontal (HSSF) :[ L'eau entre à une extrémité et coule horizontalement à travers le lit de gravier, éventuellement en sortant à l'autre extrémité. Cette conception est simple mais nécessite un calibrage minutieux pour éviter les courts-circuits. Elle est efficace pour l'enlèvement de la DBO et de la SAT, mais moins efficace pour l'élimination de l'azote, sauf si elle est utilisée en série avec d'autres étapes.
  • Flow vertical subsurface (VSSF): L'eau grise est administrée de façon intermittente sur le dessus du lit et percole verticalement vers le bas à travers des milieux stratifiés. Cela se traduit par un meilleur transfert d'oxygène, favorisant une activité microbienne plus aérobie et atteignant des niveaux plus élevés d'élimination de l'azote et de réduction des pathogènes.
  • Systèmes hybrides: De nombreux modèles résidentiels combinent les étapes horizontales et verticales d'écoulement ou intègrent un réservoir de décantation préliminaire (réservoir septique ou piège à graisse) suivi d'un milieu humide SSF. Certains systèmes avancés intègrent également un filtre à gravier recirculation ou une étape finale de polissage, comme un filtre à sable ou une désinfection UV.

Pour la plupart des maisons unifamiliales, une zone humide construite de façon adéquate (HSSF ou VSSF) et un réservoir de décantation suffit pour traiter l'eau grise pour une réutilisation non potable comme l'irrigation paysagère. Il est recommandé de consulter un professionnel ou un ingénieur de la conception des zones humides pour choisir la meilleure configuration pour des conditions spécifiques au site.

Principales considérations de conception pour les systèmes résidentiels

La conception d'un milieu humide construit pour les eaux grises nécessite une planification minutieuse afin d'assurer un traitement efficace, la longévité et la sécurité.

Volume et qualité de l'eau grise

Estimer la production quotidienne d'eau grise (généralement 50-150 litres par personne et par jour, selon les habitudes et les installations).L'eau grise de cuisine contient souvent des solides plus gras et alimentaires, tant de conceptions excluent les éviers de cuisine ou nécessitent un piège à graisse.L'eau de toilette et de blanchisserie est généralement plus facile à traiter.

Tailler le pays humide

La surface de la zone humide est déterminée par le taux de charge hydraulique (RHL) et le taux de charge organique (RLL). Les valeurs communes de RHL pour les zones humides de la FSC varient de 20 à 50 litres par mètre carré par jour (L/m2/jour). Pour un ménage de quatre personnes produisant 400 L/jour d'eau grise, une zone humide de 8 à 20 m2 serait nécessaire.

Sélection des médias

Les filtres doivent fournir une porosité, une surface et une stabilité structurales adéquates. Les choix courants comprennent le gravier de rivière lavé (5-20 mm de diamètre) pour le lit principal, avec une couche de gravier grossière (20-40 mm) aux zones d'entrée et de sortie pour faciliter la distribution. Certains concepteurs ajoutent des couches de sable sur le dessus pour une répartition uniforme des systèmes d'écoulement vertical.

Sélection des espèces végétales

Choisir des plantes indigènes à l'écorégion locale ou bien adaptées aux conditions des zones humides. Les espèces les plus courantes pour les zones humides construites sont :

  • Cattails (Typha spp.): Excellent pour l'absorption des nutriments et fournir des systèmes racinaires robustes. Ils peuvent être envahissants dans certaines régions, donc les contenir dans la zone humide.
  • Bulrushes (Schoenoplectus spp.): Racines profondes, bonne performance toute saison et apparence attrayante.
  • Reeds (Phragmites australis[): commun dans les systèmes européens; très efficace mais considéré comme invasif en Amérique du Nord. Utilisez des variétés stériles si disponibles.
  • Iris (Iris pseudacorus): ornemental et efficace dans l'élimination des nutriments, mais prudence: peut être envahissant.
  • Rousses [Juncus[ spp.): Tolérances des niveaux fluctuants d'eau, bonnes pour les lits à écoulement vertical.
  • Carex spp.: Légèrement cultivé, bon pour les petites zones humides.

La densité de plantation de 3-5 plants par mètre carré est typique. Un mélange diversifié d'espèces améliore la résilience et la performance tout au long de l'année. Dans les climats froids, choisissez des plantes qui meurent en hiver mais ont des rhizomes robustes qui survivent au gel, assurant le maintien du système actif même lorsque la croissance au-dessus du sol est en sommeil.

Linge et confinement

Les zones humides construites doivent être bordées pour prévenir la contamination des eaux souterraines et maintenir le niveau d'eau. Utilisez une doublure en polyéthylène haute densité (HDPE) ou une base en béton armé. La doublure doit être protégée des perforations par une couche géotextile en dessous et en haut.

Structures d'entrée et d'entrée

La distribution de l'eau à l'entrée devrait être même sur toute la largeur de la zone humide pour éviter le canal. Utilisez un tuyau perforé ou une boîte de déversoir. La sortie doit être réglable pour contrôler la profondeur de l'eau dans le lit. Une sortie avec une pompe ou un flux gravitationnel vers un réservoir de stockage ou un système d'irrigation est typique.

Climat et protection contre le gel

Dans les régions où les températures baissent sous le gel, les milieux humides sous-sols sont moins sujets à la formation de glace parce que l'eau est sous la surface. Cependant, les tuyaux de distribution et les structures de sortie ont encore besoin d'isolation. Enterrer les tuyaux sous la ligne de gel, utiliser du ruban chauffant ou concevoir le système à drainer pendant le froid extrême sont des options.

Exigences en matière de maintenance et pratiques exemplaires

L'entretien régulier est essentiel pour assurer le bon fonctionnement d'une zone humide construite. Les tâches suivantes sont typiques pour les systèmes résidentiels :

  • Semaine: Vérifiez le niveau d'eau et la distribution du débit. Enlever les débris flottants, les feuilles tombées ou la litière excessive de la plante de la surface.
  • Menthly: Inspecter les structures d'entrée et de sortie pour le blocage. Nettoyez le réservoir de décantation ou le piège à graisse au besoin (habituellement tous les 3 à 6 mois).
  • Saisonnement:[ Au printemps, couper les tiges mortes (en laisser pour l'habitat faunique, mais enlever l'excès). Replanter toute plante défaillante. À l'automne, enlever les feuilles tombées qui pourraient bloquer le système. Surveiller la reproduction des moustiques (dans les systèmes FWS) et traiter avec des poissons larvivores ou le contrôle biologique si nécessaire.
  • Annuellement:[ Vérifier l'intégrité de la doublure, inspecter les tuyaux et les raccords et tester la qualité de l'effluent (turbidité, pH, agents pathogènes) si la réutilisation est destinée à des chasses d'eau ou à d'autres utilisations à contact plus élevé.
  • Tous les 5 à 10 ans: Le lit de la zone humide peut avoir besoin de remplacer partiellement les milieux si le clogage réduit la perméabilité.

Les besoins en matière d'entretien sont relativement faibles par rapport aux systèmes de traitement classiques, mais ils ne sont pas nuls.Les propriétaires devraient être informés des bonnes habitudes d'eau grise : éviter de jeter dans les drains des produits chimiques, des peintures, des solvants ou des produits non biodégradables (les nettoyants pour les eaux de pluie et les antibactériennes devraient être réduits au minimum).

Avantages au-delà du recyclage de l'eau

Les zones humides construites offrent une gamme de co-avantages qui les rendent attrayants pour les propriétaires soucieux de l'environnement :

  • Même les petites terres humides attirent les oiseaux, les amphibiens, les insectes bénéfiques et les pollinisateurs. Elles créent des microhabitats dans des paysages suburbains ou urbains qui pourraient autrement être stériles.
  • Gestion des eaux de storm:[ Le bassin des zones humides peut également capturer et traiter les eaux de ruissellement des toits et des allées, réduire le risque d'inondation et recharger les eaux souterraines.
  • Éducation et esthétique:[ Une zone humide bien conçue peut être un beau jardin, fournissant une salle de classe vivante pour les enfants et les voisins. Le bruit de l'eau qui trompait et la vue des roseaux et des fleurs ajoutent une valeur sensorielle.
  • Fonctionnement réduit du carbone:[ Contrairement aux systèmes d'aération à forte intensité énergétique, les zones humides construites fonctionnent sur la gravité et l'énergie solaire, avec des besoins minimaux en électricité (au besoin seulement des pompes).
  • De nombreux programmes de certification de bâtiments écologiques (LEED, Living Building Challenge, etc.) accordent des points pour la réutilisation des eaux grises et la construction de terres humides.

Défis et comment les surmonter

Malgré leurs avantages, les zones humides construites ne conviennent pas à tous les sites. Les principaux défis et solutions sont les suivants :

Besoins en locaux

Sur un petit terrain urbain, cela peut être une contrainte. Les solutions comprennent l'utilisation d'un système d'écoulement vertical plus compact ou l'intégration du terrain humide dans une cour, un jardin ou même une cour ensoleillée. Certains propriétaires installent un lit surélevé sur une terrasse ou un balcon (avec un support structurel approprié).Une autre option est de traiter seulement une partie de l'eau grise (par exemple, l'eau de lavage et de douche) et des lavabos de cuisine et de salle de bains directs à l'égout.

Les obstacles réglementaires

Plusieurs administrations ont des règlements stricts sur la réutilisation des eaux grises, en particulier pour la réutilisation à l'intérieur.Certains exigent des permis, des inspections et des plans professionnels.Rechercher les lois locales avant la construction.Le programme de l'EPA WaterSense offre des conseils sur les systèmes de réutilisation de l'eau approuvés.

Odor et Mosquitoes

Pour les systèmes de SDF, maintenir un débit d'eau constant (pas de zone stagnante), introduire des poissons mangeurs de moustiques (Gambusia) ou utiliser des larvicides biologiques. Un système de SSF bien conçu devrait être inodore si le réservoir de décantation est entretenu et que le milieu humide n'est pas surchargé.

Gel et performance saisonnière

Comme mentionné, la conception de la sous-sol atténue la congélation. Dans les climats froids, la performance peut diminuer en hiver en raison de la réduction de l'activité microbienne, mais le système fournit encore une filtration physique.

Couverture des médias

Le blocage est la défaillance opérationnelle la plus courante, souvent due à une charge excessive de solides ou à une faible conductivité hydraulique. Prévenir cela avec un réservoir de décantation de taille appropriée et en limitant les eaux grises à haute teneur en solides (p. ex., des machines à laver avec du lin).

Études de cas : Mise en oeuvre réussie de la résidence

Des exemples concrets illustrent la viabilité des zones humides construites pour les eaux grises résidentielles :

  • EcoVillage, Ithaca, New York: Une communauté de cohabitation de 30 foyers utilise une série de zones humides construites (à la fois FWS et SSF) pour traiter toutes les eaux grises combinées avec les eaux pluviales. Le système fonctionne depuis 2002 avec un retrait constant de la DBO > 90 %. La zone humide est également une caractéristique de paysage central utilisée pour l'éducation et les loisirs. Lire la suite sur le système d'EcoVillage.
  • Maison à famille unique, Austin, Texas:[ Un ménage de 4 personnes a installé une zone humide verticale de sous-sol (10 m2) alimentée par douche et eau grise de lavage. Après un réservoir de décantation, l'eau coule à travers un lit de gravier planté et dans un réservoir de stockage utilisé pour l'irrigation souterraine des arbres fruitiers et des plantes indigènes. Le système coûte environ 3 000 $ en matériaux (sauf le travail) et n'a pas besoin de remplacement de médias en 6 ans.
  • Urban Retrofit, Berlin, Allemagne: Dans un quartier densément construit, un propriétaire a construit une petite zone humide SSF sur un toit plat pour traiter l'eau grise d'un appartement au-dessus d'un magasin. Le système utilise un aggloméré d'argile léger et élargi au lieu de gravier et tolère l'ombre partielle. L'eau traitée est réutilisée pour l'irrigation sur le toit d'un toit vert.

Ces cas montrent qu'avec une conception et un engagement appropriés, les milieux humides construits peuvent être une solution d'eau grise fiable, peu entretenue et agréable sur le plan esthétique.

Intégration des zones humides construites à d'autres stratégies d'économie d'eau

Pour une durabilité maximale, combiner une zone humide construite avec la récolte des eaux de pluie, des installations à faible débit et une aménagement paysager tolérant à la sécheresse. La zone humide peut recevoir des eaux de pluie des gouttières du toit pendant les saisons humides, ce qui permet une dilution et un traitement supplémentaires.

Les systèmes avancés peuvent intégrer une zone humide construite dans une machine vivante, une série de réservoirs aérobies et anaérobies qui traitent toutes les eaux usées domestiques (y compris l'eau noire) pour être réutilisées.

Considérations relatives aux coûts et période de remboursement

Le coût d'une zone humide construite à l'habitation varie considérablement selon la taille, la complexité, le travail et les règlements locaux. Une gamme typique est de 2 000 $ à 8 000 $ pour une installation de bricolage (à l'exclusion des raccordements à la plomberie) et de 5 000 $ à 15 000 $ pour un système conçu et installé par des professionnels.

Par exemple, une famille de quatre personnes qui utilisent 200 gallons par jour d'eau grise pour l'irrigation peut économiser jusqu'à 40 000 gallons d'eau potable par année. Au taux d'eau de 0,01 $ par gallon, soit 400 $ par année, couvrant le coût du système en environ 10 ans.

Conclusion : Un choix naturel et résilient

Les milieux humides construits sont une technologie éprouvée à faible impact pour traiter les eaux grises dans les milieux résidentiels. Ils transforment un flux de déchets en une ressource tout en créant une valeur écologique, en réduisant la consommation d'énergie et en réduisant les factures d'eau.

À mesure que les codes et les attitudes du bâtiment se déplacent vers une gestion décentralisée de l'eau, les zones humides construites deviendront probablement une caractéristique standard des maisons vertes.

Pour plus de détails et des directives techniques, consulter le ].].]]]]]]][F][F][F][FLT