Орошения воздействие сточных вод на гидравлической проводимости почвы: сочетании области выборки и лабораторного определения насыщенных гидравлической проводимости
Summary
Здесь мы представляем методология, которая соответствует размер выборки почв и гидравлической проводимости измерения устройство для предотвращения так называемой стене поток вдоль внутри контейнера почвы от ошибочно включены в измерения расхода воды. Его использование продемонстрировал образцы, собранные с сайта полива сточных вод.
Abstract
Начиная с начала 1960-х исследовал разряда практики альтернативного сточных вод в университете штата Пенсильвания и мониторинга ее последствий. Вместо выгрузки очищенных сточных вод в поток и тем самым непосредственно влияет качество потока, стоков применяется для лесных и обрезки земли управляется университетом. Проблемы, связанные с сокращением в гидравлической проводимости почвы происходят при рассмотрении повторное использование сточных вод. Методике, описанной в этой рукописи, соответствующий размер выборки почв с размера на основе лабораторных гидравлическая проводимость Измерение аппарата, обеспечивает преимущества относительно быстрое коллекция образцов с преимуществами контролируемых Лаборатория граничные условия. Результаты показывают, что, возможно, были некоторые последствия повторного использования сточных вод на способность почвы передачи воды на больших глубинах в депрессионные областях сайта. Большинство сокращений в гидравлической проводимости почвы в депрессии, как представляется, быть связаны с глубины, из которых была собрана образца и, следовательно, связанных с различиями структурных и текстурные почвы.
Introduction
Сбросы очищенных сточных вод от муниципалитетов в потоки был стандартной практикой на протяжении десятилетий. Таких сточных вод обрабатывается главным образом в целях уменьшения возможности для потребления кислорода биологических микроорганизмов в принимающем водах, благодаря разряженной сточных. Потребление кислорода микроорганизмами деградирует органических веществ в сточных водах, снижение уровня кислорода в организме воду в которой сточные воды сбрасываются и тем самым вред водных организмов, включая рыбу.
В последние десятилетия проблемы разработали соответствующие неорганических питательных веществ, некоторых металлов и других химических веществ в сточные воды, которые создают вреда. Из-за исследования, опубликованного Kolpin и др. 1, развивалась заострить внимание на целый ряд химических веществ, которые не рассматривались ранее. Это исследование, опубликованное в геологического общества Соединенных Штатов, возведенное осведомленности о широкий спектр продуктов личной гигиены и других химических веществ в реках и ручьях в США из-за выделений из очистных сооружений.
С начала 1960-х исследователи из университета штата Пенсильвания расследование и альтернативного сточных вод разряда практика несколько уникальных влажных региона. Вместо выгрузки очищенных сточных вод в поток, и таким образом, непосредственно влияющих на поток качества стоков применяется к лесных и обрезанного Земля управляется университетом. Эта область применения, по прозвищу «Живущих фильтр», в настоящее время принимает все сточных вод из кампуса, плюс некоторые из муниципалитета. Это уменьшает вероятность для избыточных питательных веществ, чтобы ввести потоки, которые доставляют воду на Чесапик-Бэй, защищает местных холодноводных рыболовства от сбросов тепло сточных вод, которые вредны для рыб и препятствует доставке других химических веществ содержащиеся в сточных водах от напрямую контактировать водных экосистем.
Однако всегда есть последствия изменения поведения, и этот механизм альтернативного использования не застрахована от таких. Возникли вопросы относительно ли применение сточных отрицательно сказалось способность почвы позволить воде проникнуть в почву поверхности2,3,4,5 и вызвало более стока, Есть ли возможное загрязнение местной скважин с химическими веществами (питательные вещества, антибиотики или других фармацевтических соединений, средства личной гигиены), содержащихся в сточных и ли эти химические вещества создание негативных воздействие на окружающую среду, такие как через поглощения химических веществ в растения6 выросли на сайте, или развития устойчивости к антибиотикам в почве организмов7 на сайте.
В результате некоторых из этих проблем это исследование проводится для определения воздействия полива сточных вод на гидравлической проводимости почвы при насыщении. Используемый подход предполагает сбор почвы от выбранных сайтов в пределах или за пределами области орошаемых и соответствующий размер контейнера образца грунта с лабораторной установки. Это важно для контейнера образца почвы вписываются в лаборатории аппарат и для воды, которая движется вниз через матрицу почвы в образце быть отделены от воды, которая движется вниз между почвой и контейнера образца грунта. Протокол описывает, как Ступка построен, чтобы убедиться, что это произошло.
Образцы почвы собраны с использованием пробоотборника гидравлические ядро, прилагается к трактору. Ядер почвы собраны из отдельных районов в волнообразный ландшафт и сохранены в пластиковый рукав вписывается в сборники основных почвы. Эти ядра собираются от Хейгерстаун ила суглинка, расположен в позиции пейзаж на высшем уровне или в зоне депрессионные. Шесть представительных встреч и шесть депрессионные сайты отбираются из области орошаемых (в общей сложности 12 Площадь орошаемых участков отбора проб). Кроме того три саммитов и три депрессионные сайты отбираются из смежных неорошаемых районе (в общей сложности шесть узлов неорошаемых). Максимум шесть ядер собирается на каждом сайте максимальная глубина около 1200 мм, с каждой основной выборки, длиной около 150 мм (100 мм образца, содержащегося в пластик и 50 мм, содержащихся в режущую головку металла сборники ). После удаления из металла сэмплер пластиковые рукава, содержащий собранные почвы ядер оснащены заглушки, перевозятся в вертикальном положении в лабораторию и хранить вертикально, до тех пор, пока они используются для определения насыщенных гидравлической проводимости. Одновременно собраны образцы почвы на каждой глубине для определения почвы и концентраций почвенного раствора кальция (Ca), магния (Mg) и натрия (Na) с использованием Mehlich 3 добыча для оценки почв концентрации8 и деионизированной воды экстракты в соотношении 1:2, масса: воды, почвы массы. Химический анализ воды экстрактов были получены от индуктивно сочетании плазмы атомной эмиссионной спектроскопии (ICP-AES) и были использованы для расчета коэффициент адсорбции натрия (САР).
Определение насыщенных гидравлической проводимости осуществляется преимущественно с помощью постоянной головной метод9. Раствор, содержащий Ca и Na солей для имитации сточных электропроводности (EC) и САР стоков создается, поэтому почва будет подвергаться воздействию воды похож на сточных вод, применяемых в области качества переменных. В этом случае ЕС-1.3 dS/м и ВДО-3, отражающий EC и САР стоков в последние годы до периода выборки. [Технически, единицы измерения для САР являются (миллиэквиваленты/литр)½ и обычно не определены в литературе].
Изменения в метод постоянной головной Клют и Дирксен9 является разработка разделитель потока Уокер8 для предотвращения потока через колонку, которое произошло за пределами почвенная матрица от включаются в смету почвы гидравлические проводимости. Рассекатель потока построен с помощью поливинилхлорид (ПВХ) трубы выбран и обработана в соответствии с размером выборки почв. Экран поддерживает пробы почвы и воды, которая перешла через почвенная матрица течь из нижней части образца. Второй выход испускает воды утекло вниз внутри пластиковая втулка, тем самым устраняя так называемых «стены поток» от неправильно включены в оценку количества воды, которая движется через матрицу почвы.
Protocol
Representative Results
Discussion
Возможность сбора проб почвы на основе поля, спокойно и получить их значения Гидропроводность имеет важное значение в получении данных, представитель сайта. Для того, чтобы наилучшим образом представляют полевых условиях, важно использовать образцы почвы, которые остаются в представи…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить Пенсильвании государственного университета управления физической растений для частичного финансирования поддержать этот проект. Частичное финансирование также оказали USDA-регионального научно-исследовательского проекта W-3170. Мы хотели бы выразить нашу признательность Эфраим Govere за его помощь в аналитической работе. Нашу глубочайшую благодарность — Чарльз Уолкер, чьи инженерное проектирование и строительные навыки, стало возможным для нас, для проведения этой работы.
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
- Kolpin, D. W., et al. Pharmaceuticals, hormones, and other organic wastewater contaminants in U.S. streams, 1999-2000: a national reconnaissance. Environmental Science & Technology. 36 (6), 1202-1211 (2002).
- Duan, R., Sheppard, C. D., Fedler, C. B. Short-term effects of wastewater land application on soil chemical properties. Water, Air, & Soil Pollution. 211 (1-4), 165-176 (2010).
- Frenkel, H., Goertzen, J. O., Rhoades, J. D. Effects of clay type and content exchangeable sodium percentage, and electrolyte concentration on clay dispersion and soil hydraulic conductivity. Soil Science Society of America Journal. 42 (1), 32-39 (1978).
- Goncalves, R. A. B., et al. Hydraulic conductivity of a soil irrigated with treated sewage effluent. Geoderma. 139 (1-2), 241-248 (2007).
- Halliwell, D. J., Barlow, K. M., Nash, D. M. A review of the effects of wastewater sodium on soil physical properties and their implications for irrigation systems. Australian Journal of Soil Research. 39 (6), 1259-1267 (2001).
- Franklin, A. M., Williams, C. F., Andrews, D. M., Woodward, E. E., Watson, J. E. Uptake of Three Antibiotics and an Antiepileptic Drug by Wheat Crops Spray Irrigated with Wastewater Treatment Plant Effluent. Journal of Environmental Quality. 45 (2), 546-554 (2016).
- Franklin, A. M., et al. Antibiotics in agroecosystems: introduction to the special section. Journal of Environmental Quality. 45 (2), 377-393 (2016).
- Wolf, A. M., Beegle, D. B., Sims, J. T., Wolf, A. Recommended soil tests for macronutrients. Recommended Soil Testing Procedures for the Northeastern United States. , 39-47 (2011).
- Klute, A., Dirksen, C., Klute, A. Hydraulic conductivity and diffusivity: laboratory methods. Methods of Soil Analysis: Part 1-Physical and Mineralogical Methods. , 687-743 (1986).
- Walker, C. . Enhanced techniques for determining changes to soils receiving wastewater irrigation for over forty years. , (2006).
- Perroux, K. M., White, I. Designs for disc permeameters. Soil Science Society of America Journal. 52 (5), 1205-1215 (1988).
- Clothier, B. E., White, I. Measurement of sorptivity and soil water diffusivity in the field. Soil Science Society of America Journal. 45 (2), 241-245 (1981).
- Ankeny, M. D., Ahmed, M., Kaspar, T. C., Horton, R. Simple field method for determining unsaturated hydraulic conductivity. Soil Science Society of America Journal. 55 (2), 467-470 (1991).
- Larson, Z. M. . Long-term treated wastewater irrigation effects on hydraulic conductivity and soil quality at Penn State’s Living Filter. , (2010).
