Research Paper

Assessment of the effects of wastewater treatment plant effluents on receiving streams using oligochaete communities of the porous matrix

Évaluation des effets des rejets de stations d'épuration des eaux usées sur des cours d'eau récepteurs à l'aide de l'étude des communautés d'oligochètes du milieu poreux

¹ Swiss Centre for Applied Ecotoxicology (Ecotox Centre Eawag-EPFL), 1015 Lausanne, Switzerland
² Laboratoire d'Ecologie des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés, Université Lyon I, 69622 Villeurbanne, France
³ GINGER/BURGEAP – Agence de Lyon, 19 rue de la Villette, 69425 Lyon Cedex 03, France

^* Corresponding author: regis.vivien@centreecotox.ch

Abstract

Human activities can disturb the natural dynamics of exchanges between surface water and groundwater in rivers. Such exchanges contribute to the self-purification of the environment and an excess of infiltration can lead to contamination of groundwater. In addition, the porous matrix (coarse surface sediments and hyporheic zone), through which water exchanges occur, is a sink for pollutants. For environmental monitoring programs, it is therefore essential to take into account both the dynamics of vertical hydrological exchanges and the biological quality of this matrix. The functional trait (FTR) method, which is based on the study of oligochaete communities in coarse surface sediments and the hyporheic zone, was proposed as a tool to simultaneously assess the dynamics of vertical hydrological exchanges and the effects of pollutants present in the porous matrix. Here, we applied this method during two different periods (in March and September 2016), upstream and downstream of locations affected by discharges from wastewater treatment plants (WWTP) located in Switzerland. The biological quality of surface sediments and the hyporheic zone was shown to be better upstream of the WWTP in both campaigns. In addition, results suggested that the capacity for self-purification was lower downstream of the WWTP, and that groundwater at these locations was vulnerable to pollution by surface water. The FTR method proved valuable as a field method for detecting the effects of point source contamination on receiving streams. In the near future, this community-based approach will benefit from advances in the use of DNA barcodes for oligochaete species identification.

Résumé

Les activités humaines peuvent perturber la dynamique naturelle des échanges entre les eaux de surface et les eaux souterraines dans les cours d'eau. De tels échanges contribuent à l'autoépuration du cours d'eau et un excès d'infiltrations peut conduire à la contamination des eaux souterraines. De plus, le milieu poreux (sédiments grossiers superficiels et zone hyporhéique), à travers lequel se produisent les échanges hydrologiques, a la propriété de stocker les polluants. Il est donc essentiel de prendre en compte la dynamique des échanges hydrologiques verticaux et la qualité biologique du milieu poreux dans le cadre des programmes de surveillance de la qualité des cours d'eau. La méthode des traits fonctionnels (TRF), basée sur l'étude des communautés d'oligochètes des sédiments grossiers superficiels et de la zone hyporhéique, a été proposée comme outil permettant d'évaluer simultanément la dynamique des échanges hydrologiques verticaux et les effets des polluants présents dans le milieu poreux. Dans la présente étude, cette méthode a été appliquée lors de deux périodes différentes (mars et septembre 2016) en amont et en aval de sites affectés par les rejets de stations d'épuration des eaux usées (STEP) situées en Suisse. Une meilleure qualité biologique a été observée en amont des STEP lors des deux campagnes. De plus, les résultats ont suggéré que la capacité d'autoépuration du milieu était inférieure au niveau des sites situés en aval des STEP et qu'au niveau de ces sites les eaux souterraines étaient vulnérables aux pollutions des eaux de surface. La méthode TRF s'est avérée appropriée pour détecter les effets globaux de sources ponctuelles de contamination sur des cours d'eau récepteurs. Dans un futur proche, cette méthode bénéficiera des avancées de la recherche en cours sur l'utilisation de codes-barres génétiques pour l'identification des espèces d'oligochètes.