WATER-CENTRIC APPROACH TO DEVELOPING GREEN INFRASTRUCTURE: Framework and CostPierre Beauchamp, P. Eng., 15 avril 2014AbstractGreen infrastructure (GI) has emerged as an active term of reference in project development planning. However, elaboration and discussion of integrated frameworks to assist engineering organizations in planning the start-up of new projects are largely absent from GI research literature, particularly in the context of greening and sustainability. The present study attempts to bridge this gap by developing and proposing an integrated framework focused on the start-up development of green projects relating to storm water, water supply, and wastewater.The present study's first objective was to explore the use of fully integrated GI in the engineering design of a biophilic development incorporating sustainability principles. To achieve the desired teamwork, a clear sequence of tasks to define the workflow was required. A review of the literature led to the identification of several different approaches, from which I selected four, improved, and then employed them to build a ready-to-use framework of sequenced tasks. These tasks included all components of water management (precipitation and drainage, water supply and wastewater). A case study in China employed in testing this framework demonstrated that all GI components could be integrated into one approach. While the structuring of an integrated water-centric development (IWCD) approach was found to be applicable to a wide range of projects, appropriate capacity building was critical to its success.In support of the study's second objective, the newly proposed framework was implemented to compare, in the form of a feasibility study, the economic benefits of investment and overall cost of designing green with those of designing conventionally in the case of a new institutional pole for the city of Vaudreuil-Dorion, Quebec, Canada. While the study showed increases in the value of GI projects to mirror the construction costs of such projects, it also found that implementing GI (vs. conventional) infrastructure can result in savings in both construction and life cycle costs. Therefore, GI can provide significant economic benefits to cities.The study showed that a GI project including components from water source to wastewater disposal would cost 15 percent more, at the level of each housing unit, than a conventional infrastructure design. However, the study also demonstrated that the value of each housing unit would be 15 to 27 percent greater in a green neighborhood than in a conventionally designed neighborhood. This would provide an equivalent increase in tax revenues for the municipality. Although many frameworks have been proposed for stimulating a green urban agenda, few have offered a start-up methodology for incorporating biophilia within the engineer's design. This study served to develop a new integrated framework for storm water, wastewater, water supply, and street layout for GI projects. / WATER-CENTRIC APPROACH TO DEVELOPING GREEN INFRASTRUCTURE: Framework and CostPierre Beauchamp, ing. 15 avril 2014RésuméLe thème des infrastructures vertes (GI) est devenu un terme de référence dans la planification du développement des projets. Toutefois, les approches intégrées pour aider les organisations d'ingénierie dans la planification de la mise en place de nouveaux projets verts sont largement absents de la littérature, en particulier dans le contexte du développement durable. La présente étude vise à combler cette lacune en développant et en proposant une approche axée sur le développement d'une structure de démarrage des projets verts, et en tenant compte du drainage, de l'approvisionnement en eau et du traitement des eaux-usées.Le premier objectif de la présente étude est d'explorer l'utilisation des infrastructures vertes pleinement intégrées dans la conception technique d'un développement durable et dans le contexte d'un développement biophile d'une ville. Pour supporter un travail d'équipe, l'élaboration d'une séquence claire des tâches à exécuter a été nécessaire. Une revue de la littérature a conduit à l'identification de plusieurs approches différentes, à partir de laquelle quatre propositions ont été retenues. De là une approche améliorée, a été conçue pour définir les tâches séquentielles permettant de démarrer un projet vert. Ces tâches comprennent toutes les composantes de la gestion de l'eau (drainage, approvisionnement en eau et eaux-usées). Une étude de cas en Chine a permis de vérifier l'acuité de cette approche. Cette étude a permis de démontrer que toutes les composantes de l'infrastructure verte pourraient être intégrées dans un nouveau projet de développement. Cette approche est nettement centrée sur l'eau.Pour satisfaire un deuxième objectif de l'étude, la nouvelle approche proposée a été utilisée pour comparer, dans le cadre d'une étude de faisabilité, les avantages économiques d'un investissement vert avec celle d'une conception classique, pour l'élaboration du concept d'un nouveau pôle institutionnel de la ville de Vaudreuil- Dorion PQ, Canada. Bien que l'étude ait montré que le coût de construction des projets verts était plus élevé, il a été constaté que sur un cycle de vie les infrastructures vertes peuvent entrainer des économies d'entretien. Les infrastructures vertes peuvent apporter des avantages économiques importants pour les villes.L'étude a démontré que les coûts d'immobilisation des infrastructures vertes étaient de 15% supérieures à comparer à des infrastructures conventionnelles sur la base d'une unité de logement. Par contre, l'étude a également démontré que la valeur de chaque unité d'habitation serait de 15 à 27 pour cent plus élevée dans un quartier vert plutôt que dans un quartier de conception conventionnelle. Cela permet une augmentation équivalente des recettes fiscales pour une municipalité.Bien que de nombreuses approches ont été identifiées, peu d'entre elles permettre de démarrer un projet d'ingénierie biophile. Cette étude a permis d'élaborer une nouvelle approche intégrée pour la mise en place d'infrastructures vertes qui tient compte de la place de l'eau dans le développement.

Household water treatment technologies provide an interim solution to drinking water provision in areas which are not yet serviced by a continuous piped connection to a communal treated source. This is a critical problem in Amerindian communities in the Guyanese hinterland region, where remote location and low population density make improving environmental health infrastructure challenging. Biosand filtration is one promising household water treatment technology available for this purpose. The overall goal of this research was to better understand, and thus improve, the biosand filter for field operation. A field study was performed in the Amerindian community of St. Cuthbert's, Guyana. A questionnaire was implemented to determine risk factors for diarrhoeal disease, and water samples were taken from creeks and standpipes in the village and from stored drinking water in households. Serving drinking water by scooping from a bucket as opposed to pouring or using a tap or spigot was found to be a risk factor for illness, while having water piped to the household was associated with lower diarrhoeal disease rates. Post-collection water contamination was found to cause a significant decline in drinking water quality. Adoption and sustained use of biosand filters were compared to two other prominent household water treatment methods, that being the addition of hypochlorite solution and use of a safe water storage container, and ceramic candle filtration. It was found that in St. Cuthbert's bios and filters had moderate adoption (36%) but usage was not sustained (4%). Closing interviews revealed that people found the filters too large and heavy, did not trust them, and found them too difficult to use. The issue of the biosand filter's size and ease of use could be partially mitigated if it were possible to reduce the height of the sand column in the filter. The filter would also be easier to use if it was not necessary to add water every day. Experiments on laboratory columns representing biosand filters determined that although the sand layer in the filters was 55 cm deep, there is little additional benefit to each centimeter over 30 cm of filter depth, making a significant height reduction possible without compromising filter performance. Further column experiments determined that the common field practice of extending residence periods of biosand filters from the recommended one day to two or three days did not lead to a statistically significant reduction in the filter's ability to remove E. coli, but did lead to anaerobic conditions within the filter and a modified nitrogen profile in filter effluent. This may impact the taste of the filtered water. In cases where influent water has high initial nitrogen content this could lead to an exceedance of World Health Organization guidelines for nitrate and nitrite in drinking water. Although the design of biosand filters was based on the theory that a low standing head would cause intermittent operation of slow sand filters to match that of continuous operation, this research found that continuous operation of the biosand filter led to significantly improved removal of bacterial and viral indicators (3.7 log10 versus 1.7 log10 for E. coli, and 2.3 log10 versus 0.9 log10 for bacteriophage MS2). / Les technologies de traitement de l'eau à domicile offrent une solution temporaire pour alimenter en eau potable les zones non encore reliées à un réseau d'apport et de traitement de l'eau communautaire. C'est un problème critique pour les communautés de l'arrière-pays montagneux de la Guyane, où l'isolation géographique et la faible densité démographique rendent l'amélioration des infrastructures hydriques et sanitaires difficile. Le filtre à biosable est une technologie prometteuse pour le traitement de l'eau à domicile qui serait disponible pour pallier ces contraintes. L'objectif de cette recherche a été de mieux comprendre et d'améliorer le filtre à biosable pour son opération sur le terrain. Une étude sur le terrain, incluant la distribution des questionnaires dans la communauté et la prise d'échantillons d'eau, a été réalisée dans la communauté de St Cuthbert's en Guyane. Puiser de l'eau potable directement d'un sceau avec un récipient improvisé par opposition à avoir accès à de l'eau à partir d'un robinet s'est avéré comme étant un facteur à risque pour tomber malade. En revanche, l'accès à l'eau courante au domicile amenée par un réseau de tuyaux a été associé à des taux de maladies diarrhéiques plus faibles. La contamination de l'eau après sa collecte initiale s'est avérée comme étant un facteur causant une baisse significative de la qualité de l'eau potable. L'adoption et l'utilisation à long terme des filtres à biosable ont été comparées à celles de deux autres technologies répandues: l'ajout dans l'eau d'une solution hypochlorique combiné à l'utilisation de récipients sécuritaires d'entreposage de l'eau et la filtration à base de bougies céramiques. L'étude a montré que les filtres à biosable ont connu un taux d'adoption modéré (36%) mais que leur utilisation n'a pas été à long terme (4%). Des entrevues de fin d'étude ont indiqué que les habitants de ont trouvé les filtres à biosable larges et lourds, qu'ils ne leur ont pas fait confiance et, qu'ils ont trouvé leur utilisation difficile. Le problème des dimensions du filtre à biosable et de sa facilité d'utilisation pourrait être atténué s'il était possible de réduire la hauteur de la colonne de sable dans le filtre. Il serait aussi plus facile d'utiliser le filtre s'il n'était pas nécessaire d'y ajouter de l'eau chaque jour. Des essais en laboratoire ont déterminé que, même si la couche de sable dans le filtre a une profondeur de 55 cm, les bénéfices pour chaque centimètre additionnel de sable au-dessus de 30 cm sont minimes. Cela permettrait une réduction significative de la hauteur du filtre sans compromettre sa performance. D'autres essais ont déterminé que la pratique usuelle sur le terrain de prolonger le temps de résidence de l'eau dans les filtres à biosable, de la période recommandée d'un jour à deux ou trois jours, ne conduit pas à une diminution significative de la capacité du filtre à enlever les E. coli. Toutefois, cette pratique conduit à des conditions anaérobiques à l'intérieur du filtre et à un profil d'azote modifié dans l'effluent du filtre à cause de la nitrification. Cela pourrait avoir un impact sur le goût de l'eau filtrée. Dans les cas, où l'eau utilisée a un contenu initial d'azote élevé, les conditions anaérobiques pourraient conduire à un dépassement des recommandations de l'Organisation mondiale de la santé concernant le nitrate et le nitrite dans l'eau potable. La conception initiale des filtres à biosable a été basée sur la théorie que le maintien d'une charge hydraulique minimale permettrait aux filtres à sable lent opérant par intermittence de performer aussi bien que ceux opérant en continue. Toutefois, cette recherche a montré que l'opération continue des filtres à biosable a permis d'améliorer significativement la diminution des indicateurs bactériens et viraux (3.7 log10 versus 1.7 log10 pour E. coli, et 2.3 log10 versus 0.9 log10 pour MS2 bactériophage) par rapport aux filtres à sable lent à opération intermittente.

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