Afvalwater irrigatie effecten op de doorlatendheid van de bodem: gekoppeld veld bemonsterings- en laboratorium bepaling van verzadigde doorlatendheid

Summary

Hier presenteren we een methodologie die overeenkomt met de grootte van de steekproef van een bodem en een hydraulische geleidbaarheid meting apparaat om te voorkomen dat de stroom van de zogenaamde muur langs de binnenkant van de grond container ten onrechte in water stroom metingen worden opgenomen. Het gebruik ervan is aangetoond met monsters verzameld van een irrigatie-site van afvalwater.

Abstract

Sinds de vroege jaren 1960, een alternatieve afvalwater geen kwijting praktijk aan de Pennsylvania State University heeft onderzocht en de effecten ervan gecontroleerd. In plaats van lozen afvalwater getrakteerd op een stroom, en daardoor rechtstreeks invloed op de kwaliteit van de stream, het afvalwater wordt toegepast tot het bosrijke en bijgesneden land beheerd door de Universiteit. Bezorgdheid over kortingen in de doorlatendheid van de bodem optreden bij het overwegen van hergebruik van afvalwater. De methodologie beschreven in dit manuscript, overeenkomen met de grootte van de steekproef van de bodem met de grootte van de doorlatendheid laboratorium gebaseerde meting apparaat, biedt de voordelen van een relatief snelle collectie van monsters met de voordelen van gecontroleerde laboratorium randvoorwaarden. De resultaten suggereren dat er weliswaar enige invloed van hergebruik van afvalwater op de bodem vermogen om water op een diepere diepte in de depressional gebieden van de site. Allermeest naar de verlaging van de doorlatendheid van de bodem in de depressies lijken te worden gerelateerd aan de diepte van het waarvoor het monster werd verzameld, en door afleiding, gekoppeld aan de bodem structurele en textuur verschillen.

Introduction

Lozing van behandeld afvalwater van de gemeenten in stromen is al decennia een standaard praktijk. Dergelijke afvalwater wordt behandeld voornamelijk met het oog op de vermindering van het potentieel voor biologische zuurstofverbruik door micro-organismen in de ontvangende wateren, als gevolg van het effluent ontladen afvalwater. Zuurstofverbruik door micro-organismen degradeert organische materialen in het afvalwater dat verlaging van de concentraties van de zuurstof in het waterlichaam in die het afvalwater wordt geloosd en daardoor schade waterorganismen, met inbegrip van vis.

In de afgelopen decennia hebben de bezorgdheid verband met anorganische voedingsstoffen, sommige metalen, en andere chemische stoffen in het afvalwater die leiden tot schade ontwikkeld. Als gevolg van een studie gepubliceerd door Kolpin et al. ¹, meer aandacht voor een aantal chemische stoffen niet eerder overwogen is geëvolueerd. Deze studie, gepubliceerd door de United States Geological Society, verhoogd bewustzijn met betrekking tot het brede scala van producten voor persoonlijke verzorging en andere chemische stoffen in rivieren en beken in de VS vanwege tot kwijting van de faciliteiten van de waterbehandeling van afvalwater.

Sinds de vroege jaren 1960, hebben onderzoekers van de Penn State University onderzocht en ontwikkeld van een alternatieve afvalwater geen kwijting praktijk enigszins uniek in een vochtig gebied. In plaats van afvalwater lozen getrakteerd op een stroom, en daardoor rechtstreeks invloed de kwaliteit van de stream, het afvalwater wordt toegepast op de beboste en de bijgesneden land beheerd door de Universiteit. Deze module, bijgenaamd “The Living Filter”, accepteert momenteel alle afvalwater afvalwater gegenereerd op basis van de campus plus enkele van de gemeente. Dit vermindert de kans voor overtollige voedingsstoffen te voeren beken die water aan de Chesapeake Bay leveren, beschermt de lokale koudwater visserij van lozingen van warm afvalwater die schadelijk is voor de vis, en voorkomt dat de levering van andere chemische stoffen opgenomen in het afvalwater van direct contact met aquatische ecosystemen.

Echter, er zijn altijd gevolgen van gedrag veranderingen, en deze alternatieve gebruik faciliteit is niet immuun voor deze. Vragen zijn gerezen met betrekking tot of de toepassing van het afvalwater uitstromende water is de bodem kunnen toestaan dat water te infiltreren in de bodem oppervlakte^2,3,4,5 negatief beïnvloed en veroorzaakt meer afvoer, of er is een mogelijke besmetting van de lokale putjes met chemische (voedingsstoffen, antibiotica of andere farmaceutische verbindingen, producten voor persoonlijke verzorging) stoffen in het effluent van afvalwater, en of die chemicaliën samenstelt negatieve milieu-effecten, zoals door de opname van chemische stoffen in planten⁶ geteeld op de site, of de ontwikkeling van resistentie tegen antibiotica in de bodem organismen⁷ op de site.

Als gevolg van sommige van deze problemen, is deze studie uitgevoerd om te bepalen van de gevolgen voor de irrigatie van afvalwater afvalwater op de hydraulische geleidbaarheid van de bodem op verzadiging. De aanpak omvat het verzamelen van bodems van geselecteerde sites binnen of buiten het geïrrigeerde gebied en overeenkomen met de grond container steekproefgrootte met de laboratorium-setup. Het is belangrijk voor de bodem monsterrecipiënt om te passen in de laboratoriumapparatuur en voor het water dat naar beneden door de matrix van de bodem in de steekproef beweegt kan worden gescheiden van het water dat naar beneden beweegt zich tussen de bodem en de bodem monsterrecipiënt. Het protocol wordt beschreven hoe de laboratoriumapparatuur is gebouwd om ervoor te zorgen dat dit gebeurde.

Bodemmonsters worden verzameld met behulp van een hydraulische core sampler gekoppeld aan een trekker. Bodem kernen worden verzameld uit geselecteerde gebieden in het glooiende landschap en bewaard in een plastic hoes gemonteerd in de Steekmonster boren. Deze kernen worden bijeengezocht uit een Hagerstown slib leem, gelegen in een top landschap positie of in een depressional gebied. Zes representatieve toppen en zes depressional sites worden bemonsterd uit het geïrrigeerde gebied (een totaal van 12 geïrrigeerde gebied bemonsteringsplaatsen). Daarnaast worden drie toppen en drie depressional plaatsen bemonsterd uit een aangrenzende, niet-geïrrigeerde gebied (een totaal van zes niet-geïrrigeerde sites). Een maximum van zes kernen worden verzameld op elke site naar een maximale diepte van ongeveer 1200 mm, met elk monster van de kern zijn van ongeveer 150 mm lang (100 mm van het monster wordt vervat in de plastic hoes en 50 mm wordt opgenomen in de snijkop van de metalen sampler ). Na verwijdering van de metalen sampler, de kunststof mouwen met de verzamelde bodem kernen zijn uitgerust met eindkappen, rechtop naar het laboratorium vervoerd, en rechtop opgeslagen totdat zij worden gebruikt om te bepalen van de verzadigde hydraulische geleidbaarheid. Gelijktijdig, worden bodemmonsters verzameld op iedere diepte voor de bepaling van de bodem en de bodem oplossing concentraties van de Calcium (Ca), Magnesium (Mg) en natrium (Na) met behulp van een Mehlich 3-extractie voor de raming van de bodem concentraties⁸ en gedeïoniseerd water extracten op een 1:2-verhouding bodem massa: water massa. De chemische analyses van de water-extracten werden verkregen met inductief gekoppeld Plasma atomaire emissie spectroscopie (ICP-AES) en werden gebruikt voor het berekenen van de Sodium Adsorption Ratio (SAR).

De bepaling van de verzadigde doorlatendheid geschiedt voornamelijk met behulp van een constante hoofd methode⁹. Zouten van een oplossing met NB en de certificeringsinstantie om na te bootsen de afvalwater elektrische geleidbaarheid (EC) en SAR van het uitstromende water wordt gemaakt zodat de bodem/water kwaliteit variabelen vergelijkbaar met het afvalwater in het gebied toegepast zullen worden blootgesteld. In dit geval de EG is 1.3 dS/m en de SAR is 3, als gevolg van de EG en de SAR van het effluent in recente jaren voorafgaand aan de bemonsteringsperiode. [Technisch, de eenheden voor SAR zijn (milli-equivalent/liter)^½ en worden meestal niet geïdentificeerd in de literatuur.]

De wijziging van de constante hoofd methode van Klute en Dirksen⁹ is de ontwikkeling van een scheidingsteken stroom door Walker⁸ om stroom door de kolom die zich hebben voorgedaan buiten de matrix van de bodem worden opgenomen in de schatting van de hydraulische bodem te voorkomen geleidendheid. Het scheidingsteken voor de stroom is gebouwd met behulp van polyvinylchloride (PVC) leidingen geselecteerd en machinaal overeenkomen met de grootte van de steekproef van de bodem. Een scherm ondersteunt het bodemmonster en het water dat door de bodem matrix is verhuisd naar het stromen de bodem van het monster. Een tweede outlet straalt het water dat naar beneden van de binnenkant van de plastic hoes, zodat er geen zogenaamde “muur stroom” onjuist worden opgenomen in de schatting van de hoeveelheid water die de bodem matrix doorloopt is gestroomd.

Protocol

1. de bodem bemonstering locaties selecteren Identificeren via luchtfotografie en site visit(s) locaties die irrigatie door afvalwater en die nog niet hebben ontvangen. Selecteer verschillende representatieve sites om te proeven, waaruit veel aandacht aan de mogelijke landschap verschillen (met name landschap locatie, zoals top, kant helling, Teen helling en depressie) waarop water, bodem en planten kunnen communiceren anders. Identificeren van gedeelten van het landschap als een top, kant h…

Representative Results

Voor het onderzoek naar de vraag of de toepassing van afvalwater afvalwater op de site van Living Filter heeft invloed op het vermogen van de bodem voor het verzenden van water, experimenten we voor het meten van de verzadigde doorlatendheid van de bodem. We vergeleken de doorlatendheid van de bodem van de geïrrigeerde gebieden van de site met die van niet-geïrrigeerde gebieden van de site. De impact van afvalwater afvalwater op de doorlatendheid van de bodem is een kwestie van bezorgdh…

Discussion

De mogelijkheid om veld gebaseerde, ongeroerde grondmonsters verzamelen en het verkrijgen van hun waarden hydraulische geleidbaarheid is belangrijk bij het verkrijgen van de gegevens representatief voor een site. Om het beste vertegenwoordigen veldomstandigheden, is het belangrijk te gebruiken van bodemmonsters die nog steeds onder een vertegenwoordiger van de fysische toestand van hun omgeving in het veld. Bodemmonsters bijeengezocht uit een veld-site die vervolgens worden verstoord door de steekproef of door behandelin…

Materials

Sampling equipment:
Soil Sampler Drill Rig	Giddings Machine Co. Inc	#25-TS / Model HDGSRTS	* NOTE: This model is comparable to the model we utilized but which is no longer produced
Kelly Bar	Giddings Machine Co. Inc	#KB-208 8 Ft. Kelly Bar
Soil Sample Collection Tube	Giddings Machine Co. Inc	#ZC-180 4-3/4” X 7-1/4”
Soil Collection Tube Bit	Giddings Machine Co. Inc	#ZC-190 4-3/4” Standard Relief
Plastic Liner for Soil Sample	Giddings Machine Co. Inc	#ZC-208 3-5/8” x 6”	Enough for the number of samples being collected
Black end caps a for bottom of sample liners	Giddings Machine Co. Inc		To retain samples in liners
Red end caps a for top of sample liners	Giddings Machine Co. Inc		To retain samples in liners
Cooler Chest			Store & maintain samples upright in sample liners during transport from field to lab
Protective gear:
Hardhats, googles, and gloves			other items as needed for personal protection
Saw
Drill and bits
PVC Cement
6 to 8 – 19 mm x 184 mm x 2438 mm boards
2 – barbed fittings; 13 mm HB x MGHT			to connect plastic tubing to supply gutter and to drainage gutter
6 – barbed fitting			to connect plastic tubing to outer PVC cylinder to allow for water drainage
3000 mm long – 19 mm OD / 13 mm ID plastic tubing
6 – 85 mm diameter circular mesh pieces			Can be cut from (e.g.) a 600 mm long, 6 mm x 18 gauge wire mesh (e.g. galvanized steel gutter guard)
Schedule 40 PVC pipe – 96 mm ID / 114 mm OD
Schedule 40 PVC pipe – 73 mm ID / 89 mm OD
Schedule 40 PVC pipe – 63 mm ID / 73 mm OD, OR 6 – 73 mm plastic shower drains
Schedule 40 PVC pipe – 25 mm ID
6 – 6 mm thick x 155 mm square sheets of PVC			Can purchase 2 – 6 mm x 300 mm (appx) sheets for about $20 each from: https://www.interstateplastics.com/Pvc-Gray-Sheet-PVCGE~~SH.php?vid=20180212222911-7p
6 – 140 mm by 19 mm plastic funnels			To direct water flowing from soil sample into collection beaker
Adhesive caulk
1 – length of 150 mm x 1200 mm wire mesh cloth			4 Mesh works well
2 – 120 mm x 1219 mm plastic gutter with end caps
4 – gutter hangers
1 – additional gutter end cap			To be cut as described in procedures to create a constant head in the supply gutter
1 – large plastic tub			Appx 65 L in volume, for example, to serve as water source for the hydraulic conductivity procedure
1 – large plastic tub			To serve for wetting up soil samples
1 – Submersible pump			e.g. Beckett M400 AUL or M400 AS
Plastic tubing			Various sized drainage tubes, water supply tube, and drain from drainage gutter
Container of Cheese Cloth			To place at bottom of soil sample help retain soil in plastic sample container during hydraulic conductivity and wetting up
Rubber bands			Large enough to fit around plastic sample liners tightly
Scale which measures to at least 0.1 gram
Beaker or other container to collect water from each sample
Sodium Chloride			For creating a water quality similar to that which is typically applied to the soil
Calcium Chloride			For creating a water quality similar to that which is typically applied to the soil