Élaboration d’une technologie de traitement à terres humides pour la gestion des eaux usées en milieu rural

Robert Gordon, Collège d’agriculture de la Nouvelle-Écosse, 2005 - 2007
Enjeu

La gestion des eaux usées en milieu rural est soumise à des exigences réglementaires de plus en plus sévères. Les petits systèmes de traitement des eaux usées qui desservent des collectivités de moins de 50 personnes sont souvent mal conçus et sujets à des problèmes de fonctionnement dont ne souffrent pas les systèmes à grande échelle. Bien que les procédés de traitement soient en général les mêmes, bon nombre des problèmes particuliers aux petits systèmes sont causés par l’utilisation d’une technologie inappropriée pour les besoins de l’endroit. Pour concevoir et faire fonctionner des petits systèmes de gestion des eaux usées qui sont aussi efficaces qu’économiques, il faut de l’information de base et des pratiques recommandées. 

Le projet vise à étudier des technologies et stratégies de gestion pour les aspects du traitement des eaux en terres humides en climat froid, dans des contextes agricoles et domestiques. L’équipe du projet s’est penchée sur les principaux problèmes associés au développement de techniques novatrices pour la gestion des eaux pluviales et usées et à la reconstruction d’infrastructures rurales à petite échelle. Les résultats de cette recherche ont fourni des outils aux ingénieurs et planificateurs qui conçoivent des systèmes de traitement à terres humides et aux organismes responsables de l’approbation et de la réglementation de l’utilisation de petits systèmes non conventionnels de traitement des eaux usées.

Projet

L’équipe de chercheurs a évalué diverses technologies à terres humides économiques pour la gestion des eaux usées agricoles et domestiques. Elle a aussi examiné des méthodes de conception de terres humides qui intègrent les effets des charges irrégulières et des aspects hydrauliques non idéaux sur le rendement du traitement en milieu humide. 

Dans le cadre d’une des expériences du projet, les chercheurs ont aménagé un système de terres humides à circulation en surface et à circulation sous la surface pour traiter des eaux usées de sources diverses dans une ferme laitière opérationnelle en Nouvelle-Écosse. Ils ont ainsi réalisé des tests sur l’eau de lavage de la laiterie, le lixiviat d’ensilage, le ruissellement de fumier solide et les eaux usées domestiques. Ils ont constaté des différences marquées entre les processus pendant l’été, car les concentrations de la souche d’E. coli résistante à l’acide nalidixique (RAN) dans les effluents ont connu des pics plus tôt en saison dans le système de circulation en surface. Le rendement des terres humides a été évalué d’après la concentration et les charges des influents et des effluents. Les temps de rétention ont été évalués dans le cadre d’une série de tests avec colorant et les valeurs k ont été déterminées aux fins de conception du système et pour déterminer les effets de la charge hydraulique, de la température et de la charge massique, comme paramètres à surveiller. Les chercheurs ont constaté que ces trois paramètres étaient des facteurs de contrôle importants pour améliorer l’efficacité du traitement d’un milieu humide artificiel et qu’en climat plus froid, un temps de rétention plus long peut être nécessaire. Les données ont indiqué une moins grande variabilité dans la réduction de polluants lorsque les temps de rétention étaient supérieurs à 13 jours.

Les chercheurs ont ensuite entrepris de préciser un modèle de milieu humide correspondant au système aménagé, à l’aide du programme WASP7, un programme Windows de simulation et d’analyse de la qualité de l’eau conçu par l’Environmental Protection Agency des États-Unis. L’équipe a comparé les concentrations d’E. coli RAN dans les effluents prédites par le modèle aux données recueillies, validant le modèle à l’aide de nombreux tests. Le modèle pourrait donc être utilisé pour optimiser l’aménagement de terres humides avec circulation en surface pour traiter les eaux usées agricoles. 

Produits
  • Production d’une publication technique destinée aux agriculteurs et portant sur la conception et l’utilisation de terres humides aménagées pour le traitement des eaux usées agricoles.
  • Exposés officiels sur les estimations du rendement des terres humides présentés au ministère de l’Environnement et du Travail de la Nouvelle-Écosse, à l’assemblée générale de l’American Society of Agricultural Engineers et au Conseil de direction de la Fédération de l’agriculture de la Nouvelle-Écosse (Nova Scotia Federation of Agriculture's Council of Leaders).
  • Élaboration d’une fiche d’information sur la conception de terres humides aménagées, en coopération avec Agriculture et Agroalimentaire Canada.
  • Documents d’orientation pour l’aménagement et la gestion des systèmes de traitement en terres humides en climat froid;
  • Construction d’installations de traitement en terres humides à pleine échelle pouvant servir à des fins de démonstration ou d’éducation et aux activités de recherche;
  • Groupe consultatif sur le traitement des eaux usées sur place (installations autonomes). Le groupe comprend des représentants de plusieurs ministères provinciaux (Environnement et Travail, Santé, Ressources naturelles, etc.)
Résultats
  • Expansion et renforcement d’un réseau de chercheurs en gestion des eaux usées en milieu rural, regroupant des scientifiques, des concepteurs, des formateurs et des intervenants en réglementation de tout le pays; ce réseau permet de produire des résultats pertinents pour l’ensemble du Canada.
  • Connaissances accrues en ce qui concerne la conception et l’utilisation du système des terres humides pour le traitement des eaux usées agricoles.
  • Méthodologies améliorées de conception des terres humides qui incorporent les effets d’une charge irrégulière et des caractéristiques hydrauliques non idéales sur le rendement du traitement;
  • Une capacité plus vaste et forte du réseau de recherche sur la gestion des eaux usées en milieu rural (scientifiques, intervenants de l’industrie, concepteurs, formateurs et responsables de la réglementation) à la grandeur du pays, de sorte qu’il est en mesure de produire des résultats pertinents pour tout le Canada;
  • Quantification des avantages pour ce qui est de la qualité de l’eau (et des émissions potentielles de gaz) découlant du traitement en terres humides et de la façon dont on peut optimiser le rendement;
  • Formation de personnel hautement qualifié : 4 étudiants de cycles supérieurs et 6 étudiants au baccalauréat qui auront acquis une expérience pratique de la conception, du fonctionnement et de l’évaluation des systèmes de traitement des eaux usées en terres humides.
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Équipe de Recherche et Partenaires:

Équipe de Recherche

Robert Gordon, Collège d’agriculture de la Nouvelle-Écosse
Rob Jamieson, Université Dalhousie
Doug Joy, Université de Guelph
Glenn Stratton, Collège d’agriculture de la Nouvelle-Écosse
Ali Madani, Collège d’agriculture de la Nouvelle-Écosse
Shiv Prasher, Université McGill
Graham Gagnon, Université Dalhousie
Chris Kinsley, Université de Guelph

Partenaires

Affaires indiennes et du Nord Canada
Ministère de l’Agriculture et des Pêches de la Nouvelle-Écosse
Fédération de l’agriculture de la Nouvelle-Écosse
Ministère de l’Environnement et du Travail la Nouvelle-Écosse
Programme de plan environnemental à la ferme de la Nouvelle-Écosse
Agriculture et Agroalimentaire Canada