Gli impatti di irrigazione delle acque reflue su conducibilità idraulica del suolo: accoppiata campo campionamento e determinazione in laboratorio della conducibilità idraulica satura
Summary
Qui presentiamo una metodologia che corrisponde a una dimensione del campione di terreno e un dispositivo di misurazione della conducibilità idraulica per impedire il flusso del cosiddetto muro lungo la parte interna del contenitore del terreno venga erroneamente inclusa in misure di flusso di acqua. Il suo utilizzo è dimostrato con i campioni raccolti da un sito di irrigazione delle acque reflue.
Abstract
Dal 1960, una pratica di scarico di acque reflue alternativo presso la Pennsylvania State University è stata studiata e suoi impatti monitorati. Piuttosto che scarico trattato delle acque reflue in un flusso e quindi direttamente incidono sulla qualità del flusso, l’effluente viene applicato a boscose e ritagliato terreni gestiti dall’Università. Preoccupazioni relazionate alle riduzioni in conducibilità idraulica del suolo si verificano quando si considera il riutilizzo delle acque reflue. La metodologia descritta in questo manoscritto, corrispondenti dimensioni campione del terreno con le dimensioni dell’apparato di misura basati su laboratorio conducibilità idraulica, offre i vantaggi di una relativamente rapida raccolta di campioni con i benefici della controllata condizioni al contorno di laboratorio. I risultati indicano che ci può essere stato qualche impatto di riutilizzo delle acque reflue sulla capacità del suolo di trasmettere acqua a profondità più profonda nelle aree depressional del sito. La maggior parte delle riduzioni della conduttività idraulica del suolo nelle depressioni sembrano essere collegati alla profondità da cui il campione è stato raccolto e, dall’illazione, connessi con le differenze strutturali e tessiturali di suolo.
Introduction
Scarico di acque reflue trattate dai comuni in flussi è stata una pratica standard per decenni. Tali acque reflue vengono trattate principalmente allo scopo di ridurre il potenziale di consumo di ossigeno biologico da microrganismi nelle acque del ricevente, come conseguenza dell’effluente di scarico delle acque reflue. Consumo di ossigeno da microrganismi degrada materiali organici nelle acque reflue riducendo i livelli di ossigeno nel corpo idrico in cui l’effluente viene scaricata e quindi danno gli organismi acquatici, compresi i pesci.
Negli ultimi decenni le preoccupazioni hanno sviluppato correlate ai nutrienti inorganici, alcuni metalli e altre sostanze chimiche all’interno delle acque reflue che creare danni. A causa di uno studio pubblicato da Kolpin et al. 1, si è evoluto una maggiore focalizzazione su una gamma di prodotti chimici non precedentemente considerati. Questo studio, pubblicato da the United States Geological Society, ha sensibilizzato per quanto riguarda la vasta gamma di prodotti di cura personale e altre sostanze chimiche nei fiumi e nei torrenti attraverso gli Stati Uniti dovuto scaricare da impianti di trattamento delle acque reflue.
Dal 1960, ricercatori presso la Penn State University hanno studiato e sviluppato una pratica alternativa delle acque reflue di scarico alquanto singolare in una regione umida. Piuttosto che scarico trattato delle acque reflue in un flusso, e quindi direttamente impattante la qualità dello stream, l’effluente viene applicato per le foreste e la terra ritagliata gestito dall’Università. Questo campo di applicazione, soprannominato “The Living filtro”, attualmente accetta tutti gli effluenti di acque reflue generato dal campus ed alcuni dal comune. Questo riduce la probabilità di sostanze nutritive in eccesso di entrare flussi che trasportano acqua della baia di Chesapeake, protegge la pesca locale con acqua fredda dagli scarichi di acque reflue caldo che è dannoso per i pesci e impedisce la consegna di altri prodotti chimici contenute nelle acque reflue da contattando direttamente gli ecosistemi acquatici.
Tuttavia, ci sono sempre le conseguenze dei cambiamenti di comportamento, e questa struttura di uso alternativo non è immune da tale. Questioni sono state sollevate per quanto riguarda se l’applicazione dell’effluente delle acque reflue ha influenzato negativamente la capacità del suolo per permettere all’acqua di infiltrarsi il suolo superficiale2,3,4,5 e ha causato una maggiore deflusso, Se c’è una possibile contaminazione dei pozzi locali con prodotti chimici (sostanze nutrienti, gli antibiotici o altri composti farmaceutici, prodotti di cura personale) contenuti nell’effluente delle acque reflue, e se quelle sostanze chimiche stanno creando negativi impatti ambientali, ad esempio attraverso l’assorbimento di sostanze chimiche in piante6 cresciuta sul sito, o lo sviluppo di resistenza agli antibiotico in organismi7 presso il sito di suolo.
A seguito di alcune di queste preoccupazioni, questo studio è condotto per determinare l’impatto dell’irrigazione dell’effluente di acque reflue su conducibilità idraulica del suolo a saturazione. L’approccio utilizzato prevede la raccolta di suoli da siti selezionati sia all’interno che all’esterno della superficie irrigata e la dimensione di contenitore del campione di terreno con la configurazione del laboratorio di corrispondenza. È importante per il contenitore del campione di terreno per adattarsi l’apparecchio da laboratorio e per l’acqua che si muove verso il basso attraverso la matrice suolo nel campione da separare dall’acqua che si muove verso il basso fra il terreno e il contenitore del campione di suolo. Il protocollo descrive come l’apparecchiatura di laboratorio è costruito per garantire che ciò si è verificato.
Campioni di terreno vengono acquisiti utilizzando un campionatore di carotiere idraulico collegato a un trattore. Carote di terreno vengono raccolti da aree selezionate nel paesaggio ondulato e conservato in una custodia di plastica inserita il campionatore di nucleo del suolo. Questi nuclei vengono raccolti da un terriccio di limo Hagerstown, situato in una posizione di vertice paesaggio o in una zona depressional. Sei vertici rappresentativi e sei siti depressional sono provati dalla superficie irrigata (un totale di 12 siti di campionamento di superficie irrigata). Inoltre, tre vertici e tre siti depressional vengono campionati da un’area adiacente, non irrigate (un totale di sei siti irrigua). Un massimo di sei core è raccolti in ogni sito per una profondità massima di circa 1.200 mm, con ciascun campione di nucleo essendo lunga circa 150 mm (100 mm del campione essendo contenuto nel manicotto di plastica e 50 mm essendo contenuta nella testa di taglio del metallo campionatore ). Dopo la rimozione il campionatore del metallo, le buste di plastica con i torsoli di suolo raccolti sono dotati di tappi, trasportato in posizione verticale per il laboratorio e conservati in posizione verticale fino a quando non vengono utilizzati per determinare la conducibilità idraulica satura. Contemporaneamente, vengono raccolti campioni di terreno ad ogni profondità per la determinazione del suolo e le concentrazioni di soluzione del suolo di calcio (Ca), magnesio (Mg) e sodio (Na) utilizzando un’estrazione Mehlich 3 per le stime del terreno concentrazioni8 e acqua deionizzata gli estratti presenti in un rapporto di 1:2 di terreno massa: acqua massa. Le analisi chimiche degli estratti dell’acqua sono state ottenute da Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy (ICP-AES) e sono state utilizzate per calcolare il rapporto di adsorbimento del sodio (SAR).
La determinazione della conducibilità idraulica satura avviene principalmente mediante un costante metodo testa9. Una soluzione contenente Ca e Na sali per imitare degli effluenti conducibilità elettrica (EC) e SAR dell’effluente viene creato in modo che il terreno sarà esposto all’acqua variabili di qualità simile a acque reflue applicata in campo. In questo caso, la CE è 1,3 dS/m e il SAR è 3, riflettendo la CE ed il SAR dell’effluente negli ultimi anni prima del periodo di campione. [Tecnicamente, le unità per il SAR sono (milliequivalenti/litro)½ e non sono di solito identificate nella letteratura].
La modifica del metodo di testa costante di Klute e Dirksen9 è lo sviluppo di un separatore di flusso da Walker8 per impedire il flusso attraverso la colonna che si è verificato di fuori della matrice suolo venga inclusa nella stima del suolo idraulico conducibilità. Il separatore di flusso è costruito utilizzando tubi di cloruro di polivinile (PVC) selezionati e lavorati per abbinare la dimensione del campione di suolo. Uno schermo supporta il campione di terreno e permette all’acqua che è spostato attraverso la matrice suolo di fluire fuori la parte inferiore del campione. Una seconda presa emette l’acqua che ha fluito giù all’interno del manicotto in plastica, eliminando il cosiddetto “muro flusso” in modo non corretto venga inclusa nella stima della quantità di acqua che si muove attraverso la matrice suolo.
Protocol
Representative Results
Discussion
La capacità di raccogliere campioni di terreno indisturbato, sul campo e ottenere i relativi valori di conducibilità idraulica è importante per ottenere dati rappresentativi di un sito. Al fine di meglio rappresentare condizioni di campo, è importante utilizzare campioni di terreno che rimangono in un rappresentante dello stato fisico del loro ambiente nel campo. Campioni di suolo raccolti da un sito di campo che poi sono disturbati da sottocampionamento o gestendo compattazione indotta, ad esempio, sperimenteranno c…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori vorrei ringraziare la Pennsylvania State University Office di pianta fisica per un finanziamento parziale per sostenere questo progetto. Finanziamento parziale è stato fornito anche da W-3170 il progetto di ricerca di USDA-regionale. Vorremmo esprimere la nostra gratitudine a Ephraim Govere per la sua assistenza con il lavoro di analisi. Charles Walker, cui progettazione e costruzione di competenze reso possibile per noi di condurre questo lavoro è la nostra più profonda gratitudine.
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 |
References
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