Vegetated Sistemas de Tratamento para Remoção de Contaminantes Associados à Toxicidade de Águas Superfícies na Agricultura e Escorrências Urbanas
Summary
Este artigo sintetiza os atributos de projeto e a eficácia dos sistemas de tratamento que tratam a água de chuva urbana ea irrigação agrícola para eliminar os pesticidas e outros contaminantes associados à toxicidade aquática.
Abstract
A água de chuva urbana e o escoamento da irrigação agrícola contêm uma mistura complexa de contaminantes que são frequentemente tóxicos para as águas receptoras adjacentes. A escorrência pode ser tratada com sistemas simples projetados para promover sorção de contaminantes para a vegetação e solos e promover a infiltração. Dois sistemas de exemplo são descritos: um sistema de tratamento de bioswale para tratamento de águas pluviais urbanas, e uma vala de drenagem de vegetação para o tratamento de escoamento de irrigação agrícola. Ambos têm atributos semelhantes que reduzem a carga de contaminantes no escoamento: vegetação que resulta na sorção dos contaminantes para o solo e superfícies das plantas e infiltração de água. Estes sistemas podem também incluir a integração de carvão ativado granulado como um passo de polimento para remover contaminantes residuais. A implementação desses sistemas na agricultura e nas bacias hidrográficas urbanas exige o monitoramento do sistema para verificar a eficácia do tratamento. Isso inclui monitoramento químico de contaminantes específicos responsáveis pela toxicidade.O papel atual enfatiza o monitoramento de pesticidas de uso atual, uma vez que estes são responsáveis pela toxicidade de água de superfície para invertebrados aquáticos.
Introduction
A toxicidade das águas superficiais é prevalente nas bacias hidrográficas da Califórnia e décadas de monitoramento mostraram que a toxicidade é muitas vezes devido a pesticidas e outros contaminantes 1 . As fontes primárias de contaminação de águas superficiais são águas pluviais e escoamento de irrigação de fontes urbanas e agrícolas. Como os corpos d'água são listados como degradados devido a contaminantes ea toxicidade é identificada de fontes urbanas e agrícolas, os reguladores da qualidade da água se associam com fontes de financiamento estaduais e federais para implementar práticas para reduzir a carga de contaminantes. A infra-estrutura verde está sendo promovida nas bacias urbanas da Califórnia para reduzir inundações e aumentar a recuperação de águas pluviais através da infiltração e armazenamento. Embora projetos de baixo impacto (LID) estão sendo mandados para novas construções em muitas regiões, poucos estudos têm monitorado a eficácia desses sistemas além das medidas de contaminantes convencionais como sólidos dissolvidos, metais e hidrocarbonetosBons. Uma monitorização mais intensiva recentemente avaliou reduções nas concentrações químicas e carregamento químico responsáveis pela toxicidade das águas superficiais e para determinar diretamente se as bioswales reduzem a toxicidade do escoamento. Isto mostrou que as bioswales são eficazes na remoção da toxicidade associada a algumas classes de contaminantes 2 , mas é necessária investigação adicional para os produtos químicos emergentes de preocupação.
Sistemas de tratamento de vegetação também estão sendo implementados em bacias hidrográficas da agricultura na Califórnia, e estes têm demonstrado ser eficaz na redução de pesticidas e outros contaminantes no escoamento da irrigação agrícola 3 , 4 . Estes sistemas representam componentes de uma série de abordagens para reduzir a carga de contaminantes para as águas superficiais. Devido à sua intenção de mitigar os contaminantes responsáveis pela toxicidade das águas superficiais, uma componente-chave do processo deSua eficácia a longo prazo. O monitoramento inclui análises químicas de produtos químicos de interesse, bem como testes de toxicidade com espécies sensíveis. Este artigo descreve protocolos e resultados de monitoramento para um bioswale de estacionamento urbano e um sistema de vala de drenagem de vegetação agrícola.
Os atributos de design de um bioswale de estacionamento típico, como podem ser usados para tratar o escoamento de tempestade em uma área de estacionamento de shopping urbano típica de uso misto, dependem da área a ser tratada. No exemplo descrito aqui, 53.286 pés quadrados de asfalto criam uma área impermeável que drena para um swale, que consiste em 4.683 metros quadrados de paisagismo. Para acomodar o escoamento a partir desta área de superfície, um canal com forma de semi-V de fundo plano, de 215 pés de comprimento, compreende o swale com um declive lateral inferior a 50% e uma inclinação longitudinal de 1% ( Figura 1 ). Este swale compreende três camadas que incluem a grama nativa do grupo plantada em 6 polegadas de topsoil, layeVermelho sobre 2.5 pés de subgrado compactado. Fluxos de águas pluviais das áreas de estacionamento para vários pontos de entrada ao longo do swale. A água infiltra a área de vegetação, depois permeia o subgrado e drena em um dreno perfurado de 4 polegadas. Este sistema drena a água através de um sistema encanado para uma área húmida adjacente que eventualmente drena para um riacho local.
Protocol
Representative Results
Discussion
As práticas descritas neste protocolo destinam-se como etapas finais de uma estratégia global para remoção de poluentes em irrigação agrícola e escoamento de águas pluviais. O uso de bioswales e outras práticas urbanas de LID de infra-estrutura verde são planejados como uma peça final do quebra-cabeça para remover contaminantes no escoamento antes que eles cheguem às águas receptoras adjacentes. Este protocolo enfatiza métodos para monitorar bioswales urbanos para determinar a eficácia do tratamento para…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
O financiamento para o trabalho aqui descrito veio do Departamento de Regulação de Pesticidas da Califórnia e do Departamento de Recursos Hídricos da Califórnia.
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).
