Systèmes de traitement végétal pour éliminer les contaminants associés à la toxicité des eaux de surface dans l'agriculture et le ruissellement urbain
Summary
Cet article résume les attributs de conception et l'efficacité des systèmes de traitement qui traitent les eaux pluviales urbaines et les eaux de ruissellement de l'irrigation agricole pour éliminer les pesticides et autres contaminants associés à la toxicité aquatique.
Abstract
Les eaux pluviales urbaines et l'écoulement d'irrigation agricole contiennent un mélange complexe de contaminants qui sont souvent toxiques pour les eaux réceptrices adjacentes. Le ruissellement peut être traité avec des systèmes simples conçus pour favoriser la sorption de contaminants dans la végétation et les sols et favoriser l'infiltration. Deux exemples de systèmes sont décrits: un système de traitement biologique pour le traitement des eaux pluviales urbaines et un fossé de drainage végétal pour traiter le ruissellement de l'irrigation agricole. Les deux ont des attributs similaires qui réduisent le chargement des contaminants dans le ruissellement: la végétation qui entraîne la sorption des contaminants sur le sol et les surfaces des plantes et l'infiltration d'eau. Ces systèmes peuvent également inclure l'intégration du charbon actif granulé comme étape de polissage pour éliminer les contaminants résiduels. La mise en œuvre de ces systèmes dans l'agriculture et les bassins hydrographiques urbains nécessite une surveillance du système pour vérifier l'efficacité du traitement. Cela comprend la surveillance chimique pour les contaminants spécifiques responsables de la toxicité.Le document actuel met l'accent sur la surveillance de l'utilisation actuelle des pesticides, car ils sont responsables de la toxicité des eaux de surface pour les invertébrés aquatiques.
Introduction
La toxicité de l'eau de surface est répandue dans les bassins hydrographiques de la Californie et des décennies de surveillance ont montré que la toxicité est souvent due à des pesticides et à d'autres contaminants 1 . Les principales sources de contamination des eaux de surface sont les eaux pluviales et les eaux de ruissellement provenant de sources urbaines et agricoles. Comme les plans d'eau sont classés comme dégradés en raison des contaminants et la toxicité est identifiée à partir de sources urbaines et agricoles, les régulateurs de la qualité de l'eau s'associe aux sources de financement fédérales et fédérales pour mettre en œuvre des pratiques visant à réduire le chargement des contaminants. L'infrastructure verte est promue dans les bassins versants urbains de Californie pour réduire les inondations et augmenter la récupération des eaux pluviales par infiltration et stockage. Bien que les projets de développement à faible impact (LID) soient mandatés pour de nouvelles constructions dans de nombreuses régions, peu d'études ont surveillé l'efficacité de ces systèmes au-delà des mesures de contaminants classiques comme les solides dissous, les métaux et l'hydrocarbureBons. Une surveillance plus intensive a récemment évalué les réductions des concentrations chimiques et le chargement chimique responsable de la toxicité des eaux de surface et de déterminer directement si les bioswales réduisent la toxicité du ruissellement. Cela a montré que les bioswales sont efficaces pour éliminer la toxicité associée à certaines classes de contaminants 2 , mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour les produits chimiques émergents.
Des systèmes de traitement végétatif sont également mis en œuvre dans les bassins hydrographiques de l'agriculture en Californie, et ceux-ci ont été jugés efficaces pour réduire les pesticides et autres contaminants dans le ruissellement de l'irrigation agricole 3 , 4 . Ces systèmes représentent des composants d'une suite d'approches pour réduire le chargement de contaminants dans les eaux de surface. Parce qu'ils sont destinés à atténuer les contaminants responsables de la toxicité des eaux de surface, un élément clé du processus de mise en œuvre est le suivi de eSur leur efficacité à long terme. La surveillance comprend à la fois des analyses chimiques de produits chimiques préoccupants, ainsi que des tests de toxicité avec des espèces sensibles sensibles. Cet article décrit les protocoles et les résultats de la surveillance pour un bioswale de stationnement urbain et un système de fossé de drainage végétal agricole.
Les attributs de conception d'un bioswale de stationnement typique, tels que ceux qui peuvent être utilisés pour traiter les eaux de ruissellement dans un parc de stationnement urbain typique à usage mixte, dépendent de la zone traitée. Dans l'exemple décrit ici, 53 286 pieds carrés d'asphalte créent une surface de surface imperméable qui s'écoule sur un bas, qui comprend 4 683 pieds carrés d'aménagement paysager. Pour tenir compte du ruissellement de cette zone de surface, un canal de forme semi-V à fond plat de 215 pieds comprend le bas avec une pente latérale inférieure à 50% et une pente longitudinale de 1% ( figure 1 ). Cet essuie-glace comprend trois couches, y compris le peloton natif planté dans 6 pouces de terre végétale, layeRouge sur 2,5 pieds de dégradé compacté. Les eaux pluviales s'écoulent des aires de stationnement à de multiples points d'entrée le long de l'essaim. L'eau infiltre la zone végétalisée, puis imprègne la sous-station et draine dans un drain perforé de 4 pouces. Ce système draine de l'eau à travers un système plombé dans une zone humide adjacente qui s'écoule finalement dans un ruisseau local.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les pratiques décrites dans ce protocole sont les étapes finales d'une stratégie globale visant à éliminer les polluants dans l'irrigation agricole et le ruissellement des eaux pluviales. L'utilisation de bioswales et d'autres pratiques de LID d'infrastructure verte urbaine est une dernière pièce du casse-tête pour éliminer les contaminants dans le ruissellement avant qu'ils n'atteignent les eaux réceptrices adjacentes. Ce protocole met l'accent sur les méthodes de surveillance…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Le financement du travail décrit ici provient du Département des pesticides de la Californie et du Département des ressources en eau de la Californie.
Materials
| HOBO tipping-bucket digital logger rain gauge | Onset Computer Co., Bourne MA, USA) | Onset RG3 | Rain gauge |
| Mechanical geared pulse flow meter | Seametrics Inc., Kent WA | Seametrics MJ-R | Flow meter for measuring bioswale outlet flow |
| Filtrexx SafteySoxx | Filtrexx Co. – info@filtrexx.com | SafetySoxx | perforated synthetic cloth for granulated activated carbon and compost |
| Granulated activated carbon | Evoqua – Siemens Corp., Oakland CA | AC380 | GAC for agriculture irrigation water treatment |
| Digital flow meters | Seametrics Inc. Kent WA | Ag2000; WMP101 | Flow meters for agriculture irrigation treatment system monitoring |
| Data Loggers | Campbell Scientific Inc., Logan, UT | CR1000 | Data loggers for recording flow data |
| Peristaltic pumps for composite sampling | Omega Engineering Inc. Stamford CT | Omegaflex FPU-122-12VDC | Pumps for composite sampling |
Riferimenti
- Anderson, B. S., Hunt, J. W., Markewicz, D., Larsen, K. . Toxicity in California Waters, Surface Water Ambient Monitoring Program. , (2011).
- Anderson, B. S., Phillips, B. M., Voorhees, J. P., Siegler, K., Tjeerdema, R. S. Bioswales reduce contaminants associated with toxicity in urban stormwater. Environ Toxicol Chem. 35 (12), 3124-3134 (2016).
- Anderson, B. S., et al. Pesticide and toxicity reduction using an integrated vegetated treatment system. Environ Toxicol Chem. (30), 1036-1043 (2011).
- Phillips, B. M., et al. . Mitigation Strategies for Reducing Aquatic Toxicity from Chlorpyrifos in Cole Crop Irrigation Runoff. , (2014).
- U.S. EPA. . Method 1640: Determination of Trace Elements in Ambient Waters by On-Line Chelation Pre-concentration and Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry. , (1995).
- U.S. EPA. . Methods for organic chemical analysis of municipal and industrial wastetwater, Method 625- Base/neutrals and acids. , (1984).
- U.S. EPA. . , (1993).
- Johnson, H. M., Domagalski, J. L., Saleh, D. K. Trends in Pesticide Concentrations in Streams of the Western United States. J Am Water Resour Assoc. 47 (2), 265-286 (1993).
- Siegler, K., Phillips, B. M., Anderson, B. S., Voorhees, J. P., Tjeerdema, R. S. Temporal and spatial trends in sediment contaminants associated with toxicity in California watersheds. Environ Poll. , 1-6 (2015).
- U.S. EPA. . Methods for measuring acute toxicity of effluents and receiving water to freshwater and marine organisms. , (2002).
- Bailey, H. C., et al. Joint acute toxicity of diazinon and chlorpyrifos to Ceriodaphnia dubia. Environ Toxicol Chem. 16, 2304-2308 (1997).
- Supowit, S., Sadaria, A. M., Reyes, E. J., Halden, R. U. Mass balance of fipronil and total toxicity of fipronil-related compounds in process streams during conventional wastewater and wetland treatment. Environ Sci Technol. 50 (3), 1519-1526 (2016).
- Stang, C., Bakanov, N., Schulz, R. Experiments in water-macrophyte systems to uncover the dynamics of pesticide mitigation processes in vegetated surface waters/streams. Environ Sci Pollut Res. , (2015).
- Schulz, R. Field studies on exposure, effects, and risk mitigation of aquatic nonpoint-source insecticide pollution: A review. J Environ Qual. 33 (2), 419-448 (2004).
- Moore, M. T., et al. Transport and fate of atrazine and lambda-cyhalothrin in a vegetated drainage ditch in the Mississippi Delta. Agric Ecosyst Environ. 87, 309-314 (2001).
- Phillips, B. M., et al. The Effects of the Landguard A900 Enzyme on the Macroinvertebrate Community in the Salinas River, California, United States of America. Arch Environ Contam Toxicol. 70 (2), 231-240 (2016).
- Han, W., Fang, J., Liu, X., Tang, J. Techno-economic feasibility evaluation of a combined bioprocess for fermentative hydrogen production from food waste. Bioresource Technology. , 107-112 (2016).
- Solomon, K. R., Giddings, J. M., Maund, S. J. Probabilistic risk assessment of cotton pyrethroids: I. Distributional analysis of laboratory aquatic toxicity data. Environ Toxicol Chem. 20, 652-659 (2001).
- Weston, D. P., Lydy, M. J. Toxicity of the Insecticide Fipronil and Its Degradates to Benthic Macroinvertebrates of Urban Streams. Environ Sci Tech. , (2014).
- Voorhees, J. P., Anderson, B. S., Phillips, B. M., Tjeerdema, R. S. Carbon treatment as a method to remove imidacloprid from agriculture runoff. Bull Environ Contam Toxicol. , (2017).
