improving treatment wetland systems for municipal wastewater treatment under northern continental climate

A treatment wetland (TW) system represents a promising solution for wastewater treatment for small-scale communities and allows meeting the discharge criteria in many countries with a temperate or tropical climate. In Quebec province (Canada), almost 49% of municipalities are small-scale communities (< 1000 people-equivalent (PE)) with nonexistent or partial equipment of sewage facilities. This situation demonstrates a serious need of alternative solutions of wastewater treatment. However, the most interesting systems as a vertical flow TW can’t be used as such in cold climate, and so need to be adapted. Therefore this manuscript proposes an innovative study allowing an implementation of a TW solution appropriate to specific features of a cold continental climate. In this thesis research the compact version of a vertical flow TWs was studied through three principal axes: 1) a study focused on an overall functioning taken in account a treatment performances, 2) a thermal properties study focused on a winter-period and 3) a study of woody species using on TWs. This research validates a proposed TW design forcold climate application highlighting a high level of treatment performances as well as a great frost resistance of filtering bed. It was confirmed that woody species is an appropriate solution for this kind of treatment system.; Le système de filtres plantés (FP) représente une solution alternative pour le traitement des eaux usées domestiques des petites communes et permet de respecter les normes de rejet dans de nombreux pays aux climats tempérés ou tropicaux. Dans la province de Québec (Canada), environ 49% des municipalités ont une taille inférieure à 1000 équivalent-habitants (EH) et sont partiellement ou pas équipées d'installation d'assainissement, ce qui met en évidence un besoin important. Toutefois, les dispositifs les plus intéressants de type filtres plantés à flux vertical ne peuvent pas être utilisés comme tel en climat froid et nécessitent des adaptations. Ce manuscrit propose donc l'étude d'innovations permettant de mettre en œuvre une solution de filtres plantés adaptés aux particularités du climat continental froid. Dans ce travail de thèse, la mise en œuvre d'un système à filtre planté vertical compact a été étudiée selon trois axes : 1) étude du fonctionnement général et des performances épuratoires, 2) suivi des propriétés thermiques durant la période hivernale et 3) étude sur le choix et l'utilisation d’espèces ligneuses. Ce travail de thèse a validé la filière de FP proposé pour l’application en climat froid en mettant en évidence le haut niveau de performances épuratoire ainsi qu’une forte résistance du lit filtrant aux conditions de gel. Les espèces ligneuses sont une solution appropriée pour ce type de système de traitement.