Avløpsvann vanning virkninger på hydraulisk hele: kombinert feltet prøvetaking og laboratoriet fastsettelse av mettet hydraulisk ledningsevne

Summary

Her presenterer vi en metodikk som tilsvarer en jord utvalgsstørrelsen og en hydraulisk ledningsevne måling enheten forhindre såkalte vegg flyten av beholderen jord feilaktig inkluderes i vann flyt mål. Bruken er demonstrert med prøver fra en avløpsvann vanning sted.

Abstract

Siden tidlig på 1960-tallet, en alternativ avløpsvann utslipp praksis ved Pennsylvania State University er blitt forsket og konsekvensene overvåket. Snarere enn lossing behandlet avløpsvann til en strøm, og dermed direkte påvirker strømmen kvalitet, avløpsvann brukes til skogkledde og beskjæres landet styres av universitetet. Bekymringer knyttet til reduksjoner i hydraulisk hele oppstå når avløpsvann gjenbruk. Metodikk beskrevet i dette manuskriptet matchende jord utvalgsstørrelsen med størrelsen på laboratorie-baserte hydraulisk ledningsevne måling apparater, gir en relativt rask innsamling av prøver med fordelene av kontrollert laboratoriet betingelser. Resultatene tyder på at det kan ha vært noen innvirkning av avløpsvann gjenbruk på jord evne til å overføre vann på dypere dyp i depressional områder av nettstedet. De fleste av reduksjonene i den hydrauliske hele i depresjoner vises relateres til dybden fra som prøven ble samlet inn, og inferens, forbundet med jord strukturelle og tekstur forskjeller.

Introduction

Utslipp av avløpsvann fra kommuner i bekker har vært standard praksis i flere tiår. Slike avløpsvann behandles primært for å redusere faren for biologisk oksygenforbruk av mikroorganismer i mottak farvannene, som følge av utladet avløpsvann avløpsvann. Oksygenforbruk av mikroorganismer forringer organisk materiale i avløpsvannet redusere oksygen i vannet kroppen inn som avløpsvann slippes og dermed skade vannlevende organismer, inkludert fisk.

I de siste tiårene har bekymringer utviklet knyttet til uorganiske næringsstoffer, noen metaller og andre kjemikalier i avløpsvannet som skaper skade. På grunn av en studie publisert av Kolpin et al. ¹, større fokus på en rekke kjemikalier ikke tidligere vurdert har utviklet seg. Denne studien, publisert av USA Geological Society, hevet bevisstheten om det store omfanget av personlig pleieprodukter og andre kjemikalier i elver og bekker over hele USA grunn til utslipp fra avløpsvann behandlingstilbud.

Siden tidlig på 1960-tallet, har forskere ved Penn State University undersøkt og utviklet en alternativ avløpsvann utslipp praksis noe unikt i et fuktig område. Snarere enn lossing behandlet avløpsvann til en strøm, og dermed direkte påvirker strømmen kvalitet, avløpsvann brukes for den skogkledde og beskjæres landet styres av universitetet. Denne modulen, kalt “The Living Filter”, godtar for tiden alle avløpsvann avløpsvann fra campus pluss noen fra kommunen. Dette reduserer sannsynligheten for overflødig næringsstoffer inn bekker som leverer vann til Chesapeake Bay, beskytter lokale kaldt vann fisket fra utslipp av varm avløpsvann som er skadelig å fisken, og hindrer leveringen av andre kjemikalier finnes i avløpsvannet fra direkte kontakt med akvatiske økosystemer.

Men det er alltid konsekvensene av funksjonalitetsendringer, og alternative bruk anlegget er ikke immun til slike. Spørsmål har oppstått om om anvendelsen av avløpsvann avløpsvann har negativt påvirket jord muligheten til vann å infiltrere jord overflaten^2,3,4,5 og forårsaket større avrenning, om det er en mulig smitte av lokale kjemikalier (næringsstoffer, antibiotika eller andre farmasøytiske forbindelser, personlig pleieprodukter) i avløpsvann avløpsvann, og om de kjemikaliene skaper negativ miljømessige virkninger, som gjennom opptaket av kjemikalier i planter⁶ dyrket på stedet, eller utvikling av antibiotikaresistens i jord organismer⁷ på stedet.

Som et resultat av noen av disse bekymringene, er denne studien gjennomført for å fastslå virkningene av vanning av avløpsvann avløpsvann på hydraulisk hele på metning. Fremgangsmåten som brukes innebærer å samle jord fra utvalgte nettsteder enten innenfor eller utenfor Vannes og matchende jord beholder utvalgsstørrelsen med laboratoriet oppsett. Det er viktig for beholderen jord prøve å passe inn i laboratoriet apparatet og vannet som flytter nedover gjennom jord matrisen i utvalget skal skilles fra vannet som flytter nedover mellom jord og jord eksempel beholder. Protokollen beskriver hvordan laboratorium apparatet er konstruert for å sikre dette skjedde.

Jordprøver samles inn med en hydraulisk core sampler knyttet til en traktor. Jord kjerner er samlet fra utvalgte områder i det bølgende landskapet og beholdt i en plast ermet montert inn den jord core sampler. Disse kjerner er samlet inn fra en Hagerstown silt leirjord, enten en toppmøtet liggende posisjon eller i et depressional område. Seks representant topper og seks depressional nettsteder tas fra Vannes området (totalt 12 Vannes området målestasjoner). I tillegg tas tre topper og tre depressional nettsteder fra et tilstøtende, ikke-Vannes område (totalt seks ikke-Vannes nettsteder). Maksimalt seks kjerner samles på hvert område til en maksimumsdybde på ca 1200 mm, med hver kjerne prøve å være ca 150 mm lang (100 mm på utvalget som finnes i plast ermet og 50 mm som finnes i kutte hodet av den metall sampler ). Etter fjerning fra den metall sampler, plast ermer som inneholder samlet jord kjernene er utstyrt med endestykker, transporteres stående til laboratoriet, og lagret oppreist før de brukes til å bestemme mettet hydraulisk ledningsevne. Samtidig, samles jordprøver på hver dybde for fastsettelse av jord og jord løsning konsentrasjoner av kalsium (Ca), Magnesium (Mg) og natrium (Na) bruker en Mehlich 3 utvinning for estimater av jord konsentrasjoner⁸ og deionisert vann trekker ut i 1:2 forholdet jord masse: vann masse. De kjemiske analysene av vann ekstrakter Hentet fra Induktivt kombinert Plasma Atomic utslipp spektroskopi (ICP-AES) og ble brukt til å beregne natrium adsorpsjon Ratio (SAR).

Fastsettelse av mettet hydraulisk ledningsevne utføres primært bruker en konstant hodet metode⁹. En løsning som inneholder Ca og Na salter for å etterligne avløpsvann elektrisk ledningsevne (EC) og SAR av avløpsvann opprettes slik jord vil bli utsatt til vann kvalitet variabler ligner på avløpsvannet brukt i feltet. I dette tilfellet EF er 1,3 dS/m og SAR er 3, reflekterer EC og SAR av avløpsvann de siste årene før samplingsperioden. [Teknisk enhetene for SAR er (milliequivalents/liter)^½ og er ikke vanligvis funnet i litteraturen.]

Endring til konstant hodet metoden av fortvilet forsøker og Dirksen⁹ er utviklingen av en flyt-skille av Walker⁸ å forhindre flyt gjennom kolonnen som skjedde utenfor jord matrix inkluderes i estimatet av jord hydraulisk ledningsevne. Flyt-skille er bygget med polyvinylklorid (PVC) rør valgt og maskinert tilsvarer jord utvalgsstørrelsen. En skjerm støtter jordprøve og tillater vannet som gikk gjennom jord matrix å strømme ut i bunnen av prøven. En andre stikkontakt avgir vann som har strømmet ned innsiden av plast ermet, og dermed eliminere såkalte “vegg flyt” feil inkluderes i estimatet av mengden vann som beveger seg gjennom jord matrix.

Protocol

1. velge jord prøvetaking steder Identifisere gjennom Flyfoto og nettstedet visit(s) steder har mottatt vanning av avløpsvann og de har. Velg flere representant områder som prøve, vier oppmerksomhet til mulig landskapet forskjeller (spesielt landskapet plasseringen, som toppmøtet, siden stigningstallet, tå skråningen og depresjon) som vann, jord og planter kan samhandle annerledes. Identifisere deler av landskapet som toppmøtet, siden stigningstallet, tå skråningen eller depresjon….

Representative Results

For å undersøke spørsmålet om anvendelsen av avløpsvann avløpsvann på Living Filter området har påvirket muligheten av jord å overføre vann, gjennomførte vi eksperimenter for å måle mettet hydraulisk ledningsevne jord. Vi sammenlignet hydraulisk ledningsevne av jord fra Vannes områder av nettstedet med de i ikke-Vannes områder av nettstedet. Virkningen av avløpsvann avløpsvann på den hydrauliske hele er et spørsmål av interesse, som det har vært noen rapporter i mind…

Discussion

Samle feltbaserte, uforstyrrede jordprøver og få hydraulisk ledningsevne verdiene er viktig i å skaffe data representant for et område. For å best representerer feltforhold, er det viktig å bruke jordprøver som forblir i en fysisk tilstand representant for miljøet i feltet. Jordprøver samlet fra et feltet område som er så forstyrret delsampling eller håndtering indusert komprimering, for eksempel, vil oppleve strukturelle endringer som påvirker mettet hydraulisk ledningsevne.

Det …

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