Cet article est le deuxième de trois articles sur les zones humides construites. Pour lire le premier Cliquez ici. Ils sont réimprimés avec quelques modifications de Pipeline, une publication trimestrielle de la National Small Flows Clearinghouse à L’Université de Virginie-Occidentale, Morgantown, WV.
Isize= » » > aux États-Unis et dans le monde, il existe deux principaux types de zones humides construites utilisées pour le traitement des eaux usées: les zones humides à écoulement de surface (également appelées zones humides à écoulement libre) et les zones humides à écoulement souterrain.,
des deux conceptions de zones humides construites, les systèmes d’écoulement de surface ressemblent le plus à des zones humides naturelles, tant par leur apparence que par leur traitement., Les deux modèles peuvent être utilisés pour traiter les eaux usées provenant de sources individuelles et communautaires, mais les zones humides à écoulement de surface sont généralement plus économiques pour traiter de grands volumes d’eaux usées.
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Les zones humides sont des zones terrestres où le sol maintient des conditions saturées pendant une grande partie de l’année. Comme son nom l’indique, les milieux humides à écoulement superficiel restent suffisamment saturés pour maintenir un niveau d’eau et d’eaux usées peu profond (de quatre à 18 po. profond) au-dessus du sol exposé à l’atmosphère.,
Les plantes des zones humides sont également présentes dans les systèmes d’écoulement de surface, et les forces naturelles, telles que le vent, le soleil, la pluie et la température, affectent les plantes, l’eau et les processus de traitement dans ces systèmes, tout comme elles le font dans les lagunes et les zones humides naturelles.
bien que les forces naturelles et les processus de traitement à l’œuvre dans les systèmes de zones humides soient toujours quelque peu imprévisibles, le traitement est contrôlé dans une large mesure par certaines caractéristiques de conception soigneusement planifiées.,
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Par exemple, la taille et la configuration des systèmes de débit de surface sont soigneusement basées sur des informations telles que les performances des systèmes existants, les estimations du volume et les eaux usées doivent être traitées quotidiennement, et/ou des estimations de la durée pendant laquelle les eaux usées doivent rester dans la zone humide pour recevoir un traitement (le temps de séjour hydraulique)., Les concepteurs de systèmes tiennent également compte des facteurs climatiques, tels que les températures moyennes, les taux d’évapo-transpiration et les quantités de précipitations, pour prédire et maintenir le niveau d’eau dans le système.
cependant, parce qu’il y a tellement de variables à prendre en compte, dont certaines sont moins prévisibles que d’autres, et parce qu’aucune approche de conception n’a été établie comme étant la plus efficace, les ingénieurs tiennent généralement compte d’une combinaison de facteurs lors de la conception de systèmes de zones humides., En outre, ils dimensionnent généralement généreusement les systèmes d’écoulement de surface par précaution pour s’assurer que les normes de traitement sont toujours respectées, même face à des événements imprévisibles tels que des périodes de pluie exceptionnellement prolongées ou un froid extrême.
Les concepteurs de systèmes conçoivent souvent un système unique pour inclure plusieurs bassins de zones humides appelés cellules., Deux cellules ou plus fournissant le même niveau de traitement peuvent être exploitées côte à côte ou alternativement (opération parallèle) pour permettre un entretien périodique de chaque cellule, ou plusieurs cellules peuvent être exploitées en série pour fournir un niveau de traitement amélioré dans chaque cellule consécutive. Certaines communautés utilisent même des systèmes hybrides qui comprennent à la fois des cellules de milieux humides à écoulement de surface et à écoulement souterrain.,
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idéalement, les systèmes de zones humides devraient être situés aussi près que possible de la fosse septique, de l’unité aérobie, de la lagune ou de autre installation qui fournira le traitement primaire des eaux usées. De cette façon, les eaux usées peuvent se déplacer vers la zone humide par gravité. S’il n’y a pas assez de terrain convenable disponible à proximité, il peut être nécessaire de pomper les eaux usées vers la zone humide, ce qui peut augmenter les coûts globaux de construction, d’exploitation et d’entretien.,
la plupart des cellules de zones humides à écoulement de surface sont des bassins de forme rectangulaire autonomes entourés de berges de tous les côtés. L’entrée et la sortie sont situées sur les côtés opposés, comme indiqué sur le schéma.
Les Exceptions incluent certains systèmes dans les climats arides conçus pour l’absence de rejet, qui n’ont pas de sortie, et les systèmes utilisés pour le traitement avancé qui s’ouvrent directement sur les zones humides naturelles.
le fond des cellules des zones humides d’écoulement de surface devrait être quelque peu exempt de bosses et de crêtes et avoir une légère pente descendante (environ 0 à 0.,5%) pour faciliter l’écoulement des eaux usées à travers la cellule par gravité. À moins que la nature n’ait déjà fourni un site avec ces caractéristiques, la cellule doit généralement être excavée à l’aide d’une pelleteuse ou à la main.
le fond de la cellule doit également être autonome pour empêcher les eaux usées de s’infiltrer dans les eaux souterraines et l’environnement environnant., Ainsi, pour les sites avec des sols qui ne sont pas naturellement denses ou étanches, il est souvent nécessaire de tapisser le fond de la cellule avec de l’argile, de la bentonite ou un revêtement synthétique, puis d’ajouter de la terre ou un autre matériau sur le revêtement pour former un substrat qui soutiendra la croissance des plantes des zones humides.
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l’écoulement de Surface des systèmes peut traiter les eaux usées de manière beaucoup plus efficace que les zones humides naturelles., La raison en est que le débit et la configuration dans lesquels les eaux usées traversent le système sont contrôlés par la conception.
dans les milieux humides naturels, les eaux usées ont tendance à s’écouler par des canaux relativement étroits et bien établis et peuvent même ne jamais entrer en contact avec une grande partie de la zone humide. Pour éviter ce court-circuit de l’écoulement des eaux usées et pour tirer le meilleur parti de chaque pouce d’espace cellulaire, les eaux usées dans les zones humides construites devraient être réparties uniformément sur toute la largeur de chaque cellule., Les eaux usées pénètrent dans les cellules d’écoulement de surface au moyen de tuyaux de distribution perforés, de tuyaux fermés ou d’une série de déversoirs à l’entrée. À la sortie, la plupart des systèmes ont des vannes de régulation et d’autres dispositifs pour aider les opérateurs à ajuster le niveau d’eau.
même la forme rectangulaire des cellules et la quantité et l’emplacement des plantes des zones humides sont conçus pour optimiser le débit et le traitement des eaux usées. Le rapport entre la longueur de la cellule et sa largeur (le rapport d’aspect) varie généralement de 2:1 à 4: 1, mais peut être plus élevé en fonction du site et d’autres facteurs.,
de plus, les concepteurs de systèmes doivent estimer la quantité de perte de charge que la végétation des terres humides est susceptible de causer dans les débits. Le placement des plantes peut également être planifié et organisé. Par exemple, certaines cellules d’écoulement de surface sont conçues pour avoir des zones d’eau libre ainsi que des zones de végétation dense pour permettre au vent et à la lumière du soleil d’atteindre certaines parties de la cellule pour influencer l’écoulement et le traitement.
la plupart des systèmes sont conçus pour que les eaux usées s’écoulent une fois dans le système. Cependant, les systèmes peuvent être conçus pour traiter le flux de déchets plus d’une fois.,
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dès que les eaux usées pénètrent dans une cellule de zone humide à écoulement de surface, les processus naturels commencent immédiatement à se décomposer et à éliminer les déchets dans l’eau.,
par exemple, avant que les eaux usées aient une chance de se déplacer très loin dans les zones humides, une grande partie des petits déchets en suspension est physiquement tendue par les plantes submergées, les tiges des plantes et la litière des plantes dans les zones humides les racines, les tiges, les feuilles et la litière des plantes des zones humides fournissent également une multitude de petites surfaces où les déchets peuvent se piéger et où les bactéries consommatrices de déchets peuvent se fixer.,
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Comme c’est le cas dans la plupart des milieux naturels, des systèmes de zones humides sont grouillant de vie. Les bactéries sont parmi les formes de vie les plus abondantes dans les systèmes de zones humides et sont considérées comme responsables de la majeure partie du traitement des eaux usées qui se produit.
Les bactéries aérobies prospèrent dans les zones humides où l’oxygène est présent usually habituellement dans l’eau, surtout près de la surface. Le vent, la pluie, les eaux usées et tout ce qui agite la surface de l’eau peuvent ajouter de l’oxygène au système.,
inversement, les bactéries anaérobies prospèrent là où il y a peu ou pas d’oxygène. Dans les cellules d’écoulement de surface, l’oxygène est rare dans le substrat inférieur et le sol. Dans les systèmes qui maintiennent les niveaux d’eau profonds, il peut y avoir une zone anaérobie près du fond de la cellule.
lorsque les différents types de bactéries dans les zones humides consomment des particules de déchets dans l’eau, ils les convertissent en d’autres formes, telles que le méthane, le dioxyde de carbone et de nouveaux matériaux cellulaires. Certaines de ces substances, à leur tour, sont utilisés comme nourriture par les plantes et les bactéries dans les zones humides.,
Les vers, les protozoaires, les insectes et d’autres organismes vivent également dans les zones humides, et bon nombre de ces organismes contribuent également au traitement ou au maintien de conditions propices au traitement dans les zones humides.
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pour que l’un des processus naturels dans les zones humides réussisse, les eaux usées doivent rester dans le système suffisamment longtemps pour que le traitement et les virus dans les eaux usées pour mourir naturellement.,
En règle générale, le temps de séjour hydraulique des eaux usées dans les systèmes d’écoulement de surface est de cinq à dix jours ou plus. Le temps exact nécessaire est estimé en fonction de la résistance des eaux usées, du niveau de traitement souhaité, des facteurs climatiques et de l’efficacité des processus de traitement biologique. La taille du système est basée sur ces informations.
l’Un des facteurs les plus importants affectant le traitement de la température. Les processus de traitement biologique ont tendance à s’accélérer par temps chaud et à ralentir par temps froid., Dans les climats froids, les systèmes doivent être suffisamment grands pour tenir compte des temps de séjour hydrauliques plus longs nécessaires au traitement.
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bien que la plupart des experts conviennent que les plantes sont importantes pour le traitement dans les zones humides, ils ne comprennent pas complètement dans quelle mesure. Mais les plantes aident processus de traitement de plusieurs façons. Même en hiver, lorsque les plantes des zones humides semblent mortes, elles sont souvent dormantes mais contribuent tout de même au traitement.,
certaines des contributions importantes des plantes des zones humides qui ont déjà été mentionnées comprennent leur rôle dans le filtrage des déchets, la régulation du débit et la fourniture de surface pour les bactéries et le traitement. En outre, les plantes flottantes, telles que les nénuphars, et les plantes émergentes, telles que les quenouilles, ombragent la surface de l’eau et contrôlent la croissance des algues.
Les plantes contribuent également au traitement en prenant des nutriments, des métaux et d’autres substances et en les conservant., Cependant, bon nombre de ces substances peuvent s’accumuler à nouveau dans la zone humide lorsque les plantes meurent et peuvent être libérées du système Si la zone humide est inondée par un ruissellement pluvial excessif ou une augmentation de la charge hydraulique. La récolte des plantes n’est généralement pas une solution pratique dans les systèmes d’écoulement de surface.
Dans certains cas, deux saisons de croissance ou plus peuvent être nécessaires avant que les plantes soient suffisamment établies dans le système pour réaliser leur plein potentiel de traitement.,
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lorsqu’ils sont correctement conçus et exploités, les systèmes de zones humides à écoulement de surface réduisent efficacement la demande biochimique en oxygène (DBO), les matières organiques et les agents pathogènes dans les eaux usées à des niveaux conformes aux normes environnementales. L’élimination du phosphore est généralement minime, cependant, et il y a toujours une petite quantité de matière organique résiduelle dans l’effluent des matières végétales mortes., Selon le niveau de traitement et les exigences locales, les effluents des milieux humides à écoulement de surface peuvent être désinfectés ou rejetés directement dans l’environnement.
la performance des systèmes de zones humides est plus variable que celle de nombreux autres systèmes et est affectée par l’évolution des températures et d’autres facteurs. Toutefois, lorsqu’il est correctement conçu, le rendement doit toujours respecter les exigences réglementaires. Les performances peuvent être plus faibles par temps froid et pendant le démarrage initial du système, avant que les plantes des zones humides ne soient correctement établies.,
les zones humides à écoulement de Surface ont peu d’exigences en matière d’exploitation et d’entretien, mais l’entretien doit être effectué correctement pour assurer le rendement du système. Le fonctionnement peut nécessiter une alternance de cellules ou un ajustement des niveaux d’eau. Certains systèmes peuvent avoir des bancs et des bermes qui doivent être entretenus, et des structures d’entrée et de sortie qui doivent être nettoyées périodiquement. Les moustiques et les animaux fouisseurs posent des problèmes dans certains systèmes. Différentes méthodes de lutte sont disponibles, y compris des solutions naturelles, telles que le piégeage et le déplacement d’animaux, l’introduction de poissons qui mangent des larves d’insectes et la construction de maisons de chauves-souris.,
Note de l’Éditeur: Le troisième et dernier article de cette série apparaît dans le proche avenir. Il discutera de la façon dont les zones humides souterraines peuvent être appliquées pour traiter les plus petits débits.