WETWALL : an innovative design concept for the treatment of urban wastewaters

Abstract

The development of society has led to a global concern regarding the improvement of resources performance, especially water. The design of nature-based solutions (NBS) for the treatment and reuse of wastewaters, in accordance with circular economy principles (reuse, recycling and reducing) can be a key factor regarding the preservation of natural capital and climate change mitigation. Therefore, WETWALL design concept aims to integrate NBS, such as constructed wetlands (CWs) and living walls (LWs) as an innovative urban wastewater treatment which also can foment others ecosystem services, such as air quality and heat control. These technologies are based on the replication of natural processes and has been used all over the world successfully as wastewater treatments (CWs) and to improve air quality and thermal insulation (LWs). Unlike to CWs, which the implementation demands large area, the LWs structure can be used in blank spaces of facades in urban and rural environments and can undertake the function of wastewater treatment. The performance of LWs have been over studied which regards to thermal and energy performance. Thus, the thesis presents the development of the WETWALL design concept and novelties, mainly regarding its potential for urban wastewaters treatment. Indeed, the modular Hybrid flow is presented and circular economy principles are considered during the design process, mainly by selecting by-products as filter medias. The filter media selected, cork and CAAC, were studied separately, regarding their ability at enhancing the removal process in NBS, in order to further optimize the design at pilot and real scale. Moreover, the construction and implementation of the WETWALL prototype is presented. Preliminary results regarding the validation of the innovative hybrid flow are discussed. The WETWALL design has great potential to climate change mitigation and adaptation though the establishment of resilient and self-sustaining technological development to treat wastewater in cities where vertical spaces are exponentially growing. However, further research at pilot and real scale are recommended.

El desarrollo de la sociedad ha llevado a una preocupación mundial con respecto a la mejora del rendimiento de los recursos, especialmente el agua. El diseño de soluciones basadas en la naturaleza (SBN) para el tratamiento y la reutilización de aguas residuales, de acuerdo con los principios de la economía circular (reutilización, reciclaje y reducción) puede ser un factor clave con respecto a la preservación del capital natural y la mitigación del cambio climático. Por lo tanto, el concepto de diseño de WETWALL tiene como objetivo integrar SBN, como los humedales construidos (HC) y las paredes vivas (PV) como un innovador tratamiento de aguas residuales urbanas que también puede fomentar otros servicios del ecosistema, como la calidad del aire y el control del calor. Estas tecnologías se basan en la replicación de procesos naturales y se han utilizado con éxito en todo el mundo como tratamientos de aguas residuales (HC) y para mejorar la calidad del aire y el aislamiento térmico (PV). A diferencia de los HC, que la implementación exige un área grande, la estructura de los PV puede usarse en espacios libres de fachadas en entornos urbanos y rurales para la función de tratamiento de aguas residuales. El rendimiento de las PV se ha estudiado en exceso en lo que respecta al rendimiento térmico y energético. Por lo tanto, la tesis presenta el desarrollo del concepto de diseño WETWALL y sus novedades, principalmente en relación con su potencial para el tratamiento de aguas residuales urbanas. De hecho, se presenta el flujo híbrido modular y se consideran los principios de economía circular durante el proceso de diseño, principalmente seleccionando subproductos como medios de filtro. Los medios de filtro seleccionados, el corcho y el CAAC, se estudiaron por separado, con respecto a su capacidad para mejorar el proceso de eliminación de contaminantes (nitrogenio, fósforo), a fin de en el futuro optimizar el diseño (escala piloto y real). Además, se presenta la construcción e implementación del prototipo WETWALL. Se discuten los resultados preliminares con respecto a la validación del flujo híbrido innovador. El diseño de WETWALL tiene un gran potencial para la mitigación y adaptación al cambio climático a través del establecimiento de un desarrollo tecnológico resistente y autosustentable para tratar las aguas residuales en ciudades donde los espacios verticales crecen exponencialmente. Sin embargo, se recomiendan investigaciones adicionales a escala piloto y real