Spildevand kunstvanding virkninger på jorden hydrauliske ledningsevne: kombineret felt prøveudtagning og laboratorieundersøgelser bestemmelse af mættede hydrauliske ledningsevne

Summary

Her præsenterer vi en metode, der svarer til en stikprøve på jord og en hydraulisk ledningsevne måling enhed til at forhindre den såkaldte mur flow langs indersiden af jord container fejlagtigt medtages i vand flow målinger. Dens brug demonstreres med prøver, der opsamlet fra en spildevand kunstvanding site.

Abstract

Siden begyndelsen af 1960 ‘ erne, en alternativ spildevand decharge praksis på The Pennsylvania State University har været forsket og dens konsekvenser overvåges. I stedet for tømning behandlet spildevand til et vandløb, og derved direkte påvirker stream kvalitet, spildevandet anvendes til skovklædte og beskåret arealer forvaltes af universitetet. Betænkeligheder med hensyn til reduktioner i jorden hydrauliske ledningsevne opstår når man overvejer spildevand genbrug. Den metode, der beskrives i dette manuskript, matchende jord prøvestørrelse med størrelsen af apparatet laboratoriebaserede hydraulisk ledningsevne måling giver fordelene ved en relativt hurtig indsamling af prøver med fordelene ved kontrolleret laboratoriet randbetingelser. Resultaterne tyder på, at der kan have været nogle konsekvenser af spildevand genbrug på jordens evne til at overføre vand på dybere dybder i de depressional områder af webstedet. De fleste af reduktionerne i jorden hydrauliske ledningsevne i depressioner synes at være relateret til dybden, som prøven blev indsamlet, og ved inferens, forbundet med jord strukturelle og stoflige forskelle.

Introduction

Udledning af behandlede spildevand fra kommuner i vandløb har været en almindelig praksis i årtier. Sådanne spildevand behandles primært med henblik på at reducere potentialet for biologiske iltforbrug af mikroorganismer i de modtagende farvande som følge af det udledte spildevand spildevand. Iltforbrug af mikroorganismer nedbryder organiske stoffer i spildevandet reduktion af iltindholdet i vandet kroppen ind som Spildevandet udledes og dermed skade akvatiske organismer, herunder fisk.

I de seneste årtier har bekymringer udviklet relateret til uorganiske næringsstoffer, nogle metaller og andre kemikalier inden for spildevand, der skaber skade. På grund af en offentliggjort undersøgelse fra Kolpin et al. ¹, en større fokus på en række kemikalier ikke tidligere har overvejet har udviklet. Denne undersøgelse, offentliggjort af USA Geological Society, rejste bevidsthed om den brede vifte af produkter til personlig pleje og andre kemikalier i floder og vandløb på tværs af USA grund til udledning af spildevand behandlingsfaciliteter.

Siden begyndelsen af 1960 ‘ erne, har forskere på Penn State University undersøgt og udviklet en alternativ spildevand decharge praksis noget unikt i et fugtigt område. I stedet for tømning behandlet spildevand til et vandløb, og derved direkte påvirker stream kvalitet, spildevandet er anvendt til den skovklædte og beskåret landet administreres af universitetet. Denne ansøgning område, med tilnavnet “The Living Filter”, accepterer i øjeblikket alle spildevand spildevand genereret fra campus plus nogle fra kommunen. Dette reducerer sandsynligheden for overskydende næringsstoffer til at indtaste vandløb, der leverer vand til Chesapeake Bay, beskytter den lokale koldt vand fiskeri fra udslip af varm spildevand, som er skadeligt for fiskene, og forhindrer levering andre kemikalier indeholdt i spildevand fra direkte at kontakte akvatiske økosystemer.

Men der er altid konsekvenser af opførsel forandringer, og denne alternative brug facilitet er ikke immun over for sådanne. Spørgsmål er opstået med hensyn til om anvendelsen af spildevand spildevand har negativt påvirket jordens evne til at tillade vand at infiltrere jord overfladen^2,3,4,5 og forårsaget større afstrømning, der er en mulig forurening af de lokale brønde med kemikalier (næringsstoffer, antibiotika eller andre farmaceutiske stoffer, produkter til personlig pleje) indeholdt i spildevand spildevand, og om disse kemikalier skaber negative miljøvirkninger, som gennem udbredelse af kemikalier i planter⁶ dyrkes på webstedet, eller udviklingen af antibiotikaresistens i Jordens organismer⁷ på webstedet.

Som følge af nogle af disse bekymringer, er denne undersøgelse gennemført for at fastslå virkningerne af vanding af spildevand spildevand på jorden hydrauliske ledningsevne på mætning. Metoden anvendes indebærer indsamling af jord fra udvalgte steder enten inden for eller uden for det vandede areal og matchende container jord stikprøvestørrelse med opsætningen laboratorium. Det er vigtigt for jorden prøvebeholder at passe ind i laboratorieudstyr og det vand, der bevæger sig nedad gennem matrixen jord i stikprøven skal adskilles fra det vand, der bevæger sig nedad mellem jord og jord prøvebeholder. Protokollen beskriver, hvordan laboratorieudstyr er konstrueret for at sikre, at dette skete.

Jordprøver indsamles ved hjælp af en hydraulisk core sampler knyttet til en traktor. Jord kerner er indsamlet fra udvalgte områder i det kuperede landskab og bevaret i en plastik ærme monteret i Jordens kerne sampler. Disse kerner er indsamlet fra en Hagerstown silt ler, beliggende i et topmøde landskab holdning eller i et depressional område. Seks repræsentativt topmøder og seks depressional websteder er samplet fra det vandede areal (i alt 12 vandede område prøveudtagning sites). Derudover er tre topmøder og tre depressional websteder samplet fra et tilstødende, ikke-vandede areal (i alt seks ikke-vandede websteder). Højst seks kerner er indsamlet på hver lokalitet til en maksimal dybde på ca. 1.200 mm, med hver kerne prøve at være ca. 150 mm lang (100 mm i eksemplet er indeholdt i plast ærme og 50 mm er indeholdt i skærehovedet af metal sampler ). Efter fjernelse fra den metal sampler, de plast ærmer, der indeholder den indsamlede jord kerner er udstyret med endestykker, transporteres opretstående til laboratoriet og opbevares oprejst, indtil de anvendes til at bestemme den mættede hydrauliske ledningsevne. Samtidigt, indsamles jordprøver på hver dybde til bestemmelse af jord og jord løsning koncentrationer af Calcium (Ca) og Magnesium (Mg) natrium (Na) ved hjælp af en Mehlich 3 udvinding for skøn over jord koncentrationer⁸ og deioniseret vand ekstrakter i forholdet 1:2 jord masse: vand masse. De kemiske analyser af vand uddrag stammer fra Induktivt koblet Plasma atomiske Emission spektroskopi (ICP-AES) og blev brugt til at beregne natrium Adsorption Ratio (SAR).

Bestemmelse af de mættede hydrauliske ledningsevne er foretaget primært ved hjælp af en konstant hoved metode⁹. En opløsning indeholdende Ca og Na salte for at efterligne den spildevand elektrisk ledningsevne (EF) og SAR i overløbet, der er lavet så jorden vil være udsat for vand kvalitet variabler svarende til spildevand anvendes i feltet. I dette tilfælde EF er 1,3 dS/m og SAR er 3, afspejler EF og SAR af spildevandet i de seneste år forud for prøvetagningsperiode. [Teknisk, for SAR enheder er (milliækvivalenter/liter)^½ og identificeres ikke normalt i litteraturen.]

Ændring til metoden konstant hoved af Klute og Dirksen⁹ er udviklingen af et flow separator af Walker⁸ til at forhindre flow gennem kolonnen, som opstod uden for matrixen jord fra at indgå i beregning af jorden hydrauliske ledningsevne. Flow separator er bygget ved hjælp af polyvinylchlorid (PVC) slanger udvalgt og bearbejdet til at matche jord stikprøvestørrelsen. En skærm understøtter jordprøven og giver mulighed for det vand, der har flyttet gennem matrixen jord til at flyde ud i bunden af prøven. En anden stikkontakt udsender det vand, der er strømmet ned på indersiden af den plast ærme, dermed fjerne såkaldte “væg flow” forkert medtages i beregning af mængden vand, der bevæger sig gennem matrixen jord.

Protocol

1. at vælge jord prøveudtagning steder Identificere gennem luftfotografering og site visit(s) steder, der har modtaget kunstvanding af spildevand og dem, der ikke har. Vælg flere repræsentative steder hvorfra du kan prøve, meget opmærksomme på mulige landskab forskelle (især landskab placering, som topmødet, side skråning, tå hældning og depression) som vand, jord og planter kan interagere forskelligt. Identificere dele af landskabet som topmødet, side skråning, tå hældning, …

Representative Results

For at undersøge spørgsmålet om, hvorvidt anvendelsen af spildevand spildevand på webstedet lever Filter har påvirket jorden evne til at overføre vand, vi har udført eksperimenter for at måle den mættede hydrauliske ledningsevne af jordtyper. Vi sammenlignede hydraulisk ledningsevne af jord fra overrislede områder af webstedet med dem i ikke-vandede områder af webstedet. Virkningen af spildevand spildevand på jorden hydrauliske ledningsevne er et spørgsmål om bekymring, som …

Discussion

Mulighed for at indsamle feltbaserede, uforstyrret jordprøver og få deres hydrauliske ledningsevne værdier er vigtige for at opnå data repræsentant for et websted. Bedst repræsentere markforhold, er det vigtigt at bruge jordprøver, der forbliver i en fysisk tilstand repræsentant for deres miljø i feltet. Jordprøver indsamles fra et felt-websted, som er så forstyrret af undersampling eller håndtering induceret jordpakning, for eksempel, vil opleve strukturelle ændringer, som påvirker den mættede hydrauliske…

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