Impacts of Sea-Level Rise on Contaminant Loading from Onsite Wastewater Treatment Systems

ABSTRACT: Adequate performance of onsite wastewater treatment systems (OWTS) relies on contaminant attenuation within an unsaturated zone of permeable soil located beneath the effluent distribution trench, referred to as the soil treatment area (STA). In coastal regions changes to oceanic and connected aquifer conditions may threaten human health and the environment as rising sea levels can elevate coastal groundwater tables and saturate the STA. This could reduce the treatment efficiency for many contaminants. High tides and coastal storms, which may episodically saturate near-shore soils, are superimposed on long-term climate change trends, and could also facilitate contaminant loading to coastal waters. Locally, Nova Scotia is projected to experience between 0.7m - 1m of relative sea-level rise (SLR) by 2100 (IPCC, 2013). Coastal aquifers are often characterized by a 'saltwater wedge', a zone of saline groundwater that intrudes at depth due to density differences between the fresh and saline water. As the saltwater wedge moves landward and upward to adjust to SLR, groundwater tables rise synchronously and potentially threaten OWTS performance. OWTS failure can lead to the migration of harmful microorganisms and nutrients, causing eutrophication of coastal water bodies. To investigate these processes, we established a field site along the coast of northern Nova Scotia, which includes a recreational beach adjoining a dense distribution of cottages utilizing OWTS for wastewater treatment. We installed a transect of piezometers perpendicular to the shore, a stilling well in a tidal creek, and a tidal station to record time series of ocean-creek-groundwater interactions. We also performed time-domain electromagnetic surveys to delineate fresh and saline groundwater zones, and conducted groundwater, creek, and coastal water sampling for a suite of microbial and nutrient parameters. Data from these ongoing field investigations are informing numerical modelling of variable-density flow and contaminant transport at this site under present and projected sea levels.

RÉSUMÉ: La performance convenable des contaminants des systemes de traitement d'eaux usees sur site compte sur l'attenuation des contaminants dans une zone non saturee de sol permeable situee en bas de la tranchee de distribution, appelees la zone de traitement de sol (ZTS). Dans les regions cotieres les changements aux conditions aquifere oceanique et connecte peuvent menacer la sante humaine et l'environnement car l'elevation du niveau de la mer peuvent elever les nappes phreatiques souterraines en saturant le ZTS. Cela pourrait reduire l'efficience du traitement de nombreux des polluants. Les marees hautes et les tempetes cotieres, qui peuvent saturer episodiquement le sol littoral, sont superposer sur les tendances du changement climatique a long terme, et peuvent aussi faciliter la charge de contaminants aux eaux cotieres. Localement, la Nouvelle-Ecosse est projetee a avoir 0.7m - 1m de elevation relative du niveau de la mer (ENM) par 2100 (IPCC, 2013). Les aquiferes cotieres sont suivant caracteriser par un coin sale, une zone de nappe phreatique salin qui s'infiltre en bas a cause des differences de densites entre l'eau fraiche et l'eau salin. Pendant que l'eau salee bouche vers la terre et en haut pour ajuster au ENM, les nappes phreatiques s'elevent en phase et ils peuvent menacer potentiellement la performance des contaminants des systemes de traitement d'eaux usees sur site. L'echec des contaminants des systemes de traitement d'eaux usees sur site peut mener a la migration des micro-organismes et des nutriments nocifs, ce qui peut causer l'eutrophication de etendues d'eaux cotieres. Pour investiguer ces processus, nous avons etabli un site de simulation sur le cote nord de la Nouvelle Ecosse, ce qui inclut une plage recreative attenant a une repartition des cottages qui utilisent l'OWTS pour le traitement d'eaux usees. Nous avons installe un trajet de piezometres perpendiculaire au rivage, un puits de stabilisation dans une estuaire, et une station sur le cote de la mer pour enregistrer les series chronologiques des interactions de l'ocean, l'estuaire et de la nappe phreatique. Nous avons aussi accompli les enquetes domaine temporal electromagnetiques pour delineer les zones de la nappe phreatique salin et fraiche. On a mene l'echantillons d'eau de la nappe phreatique, de l'estuaire et d'eaux cotieres pour une ensemble de parametre microbien et nutriment. Les donnees de ces enquetes informent les modelisations numeriques de l'ecoulement a densite variable et la transportation des polluants sur ce site sous les niveaux de mers present et prevu.