Plantaardige Behandeling Systemen voor het verwijderen van verontreinigingen geassocieerd met oppervlaktewater toxiciteit in Landbouw en Urban Runoff
Summary
In dit artikel wordt een samenvatting gemaakt van de ontwerpkenmerken en de effectiviteit van behandelingssystemen die de afvoer van stedelijke stormwater en landbouw irrigatie behandelen om pesticiden en andere verontreinigingen die verband houden met aquatische toxiciteit te verwijderen.
Abstract
Stedelijke stormwater en landbouw irrigatie afvoer bevatten een complex mengsel van verontreinigingen die vaak giftig zijn voor aangrenzende ontvangende wateren. Afvoer kan worden behandeld met eenvoudige systemen die zijn ontworpen om sorptie van verontreinigingen te bevorderen voor vegetatie en bodems en infiltratie te bevorderen. Twee voorbeeldsystemen worden beschreven: een bioswale behandelingssysteem voor stedelijke stormwaterbehandeling, en een vegetatieve drainage sloot voor de behandeling van de afvoer van landbouw irrigatie. Beide hebben vergelijkbare eigenschappen die vermindering van de vervuiling in de afvoer verminderen: vegetatie die resulteert in sorptie van de verontreinigingen op de bodem- en plantoppervlakken en waterinfectie. Deze systemen kunnen ook de integratie van gefilterde actieve kool als een polijststap omvatten om resterende verontreinigingen te verwijderen. De implementatie van deze systemen in de landbouw en de stedelijke watersector vereist dat systeemmonitoring de werkzaamheid van de behandeling verifieert. Dit omvat chemische monitoring voor specifieke verontreinigingen die verantwoordelijk zijn voor toxiciteit.In dit document wordt nadruk gelegd op het toezicht op huidige pesticiden, aangezien deze verantwoordelijk zijn voor de oppervlaktewater toxiciteit voor aquatische ongewervelde dieren.
Introduction
Oppervlaktewatertoxiciteit komt voor in de waterscheidingen van Californië en decennia van het toezicht hebben aangetoond dat toxiciteit vaak voortvloeit uit pesticiden en andere verontreinigende stoffen 1 . De belangrijkste bronnen van oppervlaktewater besmetting zijn stormwater en irrigatie afloop uit stedelijke en landbouwbronnen. Aangezien waterlichamen worden afgebroken als gevolg van verontreinigingen en de toxiciteit is geïdentificeerd uit stedelijke en agrarische bronnen, houden de waterkwaliteit toezichthouders samen met staats- en federale financieringsbronnen praktijken om de vervuiling te beperken. Groene infrastructuur wordt bevorderd in de stedelijke waterscheidingen in Californië om overstromingen te verminderen en het herstel van stormwater door infiltratie en opslag te verhogen. Hoewel ontwerpen van Low Impact Development (LID) voor nieuwe constructies in veel regio's zijn verplicht, hebben weinig studies de werkzaamheid van deze systemen bewaakt na afmetingen van conventionele verontreinigingen zoals opgeloste vaste stoffen, metalen en koolwaterstofbons. Meer intensieve monitoring heeft onlangs de vermindering van de chemische concentraties en chemische belastingen die verantwoordelijk zijn voor toxiciteit van het oppervlaktewater, geëvalueerd en om direct te bepalen of bioswales de toxiciteit van de afvoer verminderen. Dit heeft aangetoond dat bioswales effectief zijn bij het verwijderen van toxiciteit die verband houdt met sommige verontreinigende klassen 2 , maar aanvullend onderzoek is nodig voor opkomende chemische stoffen die van belang zijn.
Plantaardige behandelingssystemen worden ook geïmplementeerd in landbouwbedrijven in Californië, en deze zijn aangetoond dat ze effectief zijn bij het verminderen van pesticiden en andere verontreinigingen in de afvoer van de landbouw irrigatie 3 , 4 . Deze systemen zijn componenten van een reeks aanpakken om de vervuiling van het oppervlaktewater te verminderen. Omdat ze bedoeld zijn om verontreinigingen te verminderen die verantwoordelijk zijn voor de oppervlaktewatertoxiciteit, is een belangrijk onderdeel van het implementatieproces toezicht op eNsure hun effectiviteit op lange termijn. Monitoring omvat zowel chemische analyses van chemicaliën van zorg, alsook toxiciteitstests met gevoelige indicatoren. Dit artikel beschrijft protocollen en monitoring resultaten voor een stedelijke parkeerplaats bioswale en een landbouwgewas gedroogde sloopstelsel.
De ontwerpeigenschappen van een typische parkeerplaats bioswale, die gebruikt kunnen worden om stormafvoer in een typisch gemengd gebruik stedelijk winkelparkeerterrein te behandelen, hangt af van het behandelde gebied. In het hier beschreven voorbeeld creëert 53.286 vierkante meter asfalt een ondoordringbaar oppervlak dat afvoer naar een zwaluw, die bestaat uit 4 683 vierkante meter landscaping. Om een afvoer van deze oppervlakte te kunnen opvangen, bestaat een 215 voet lang platvormig, semi-V-vormkanaal uit de zwavel met een zijdelingse helling van minder dan 50% en een longitudinale helling van 1% ( figuur 1 ). Deze swale bestaat uit drie lagen, waaronder inheemse bosgras geplant in 6 centimeter van bovengrond, laagRood over 2,5 voet van gecomprimeerde subgrade. Stormwater stroomt van parkeerplaatsen naar meerdere toegangspunten langs de swale. Het water infiltreert het beplantte gebied, doordringt dan de subgrade en dreineert in een 4-inch geperforeerde afvoer. Dit systeem leidt water door een systeem dat aan een aangrenzend vleiland loopt, dat uiteindelijk in een lokale kreek afvoert.
Protocol
Representative Results
Discussion
De praktijken beschreven in dit protocol zijn bedoeld als laatste stappen in een algemene strategie om verontreinigende stoffen te verwijderen in de irrigatie van de landbouw en de afloop van de stormwater. Gebruik van bioswales en andere stedelijke groen-infrastructuur LID praktijken zijn bedoeld als een laatste stuk van de puzzel om verontreinigingen te verwijderen in afloop voordat ze aangrenzende ontvangende wateren bereiken. Dit protocol benadrukt methoden om stedelijke bioswales te monitoren om de doeltreffendheid…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Financiering voor het hier beschreven werk is afkomstig van de afdeling California Pesticide Regulation California en het California Department of Water Resources.
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 |
References
- 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).
