Systèmes de traitement végétal pour éliminer les contaminants associés à la toxicité des eaux de surface dans l'agriculture et le ruissellement urbain

L’objectif global de ces procédures est de combiner l’analyse chimique avec des essais de toxicité des invertébrés d’eau douce afin d’évaluer dans quelle mesure les systèmes de traitement de la végétation éliminent les pesticides actuellement utilisés dans les eaux pluviales urbaines et le ruissellement d’irrigation agricole. Cette approche vise à déterminer si les pratiques d’assainissement standard sont efficaces pour protéger la qualité des eaux de surface contre les contaminants. Et déterminer les éléments de surveillance appropriés pour évaluer l’efficacité des pratiques de gestion.

Le principal avantage de ces procédures est qu’elles associent des protocoles d’essais de toxicité à la surveillance chimique des techniques d’assainissement sur le terrain, conçues pour réduire la charge de pesticides dans les eaux de surface. Bryn Phillips et Michael Cahn feront la démonstration des composants d’un système intégré de traitement de la végétation, conçu pour éliminer les pesticides et autres contaminants des eaux de ruissellement agricoles. Jennifer Voorhees fera la démonstration de trois protocoles d’essais de toxicité, utilisés pour surveiller le système de traitement.

Le fossé de drainage végétalisé, utilisé dans l’exemple actuel, mesure 152 mètres de long et a une largeur de section transversale en forme de demi-V de cinq mètres au sommet et d’un mètre de profondeur. La végétation des fossés est une combinaison d’espèces de graminées indigènes, principalement ensemencées de fétuque rouge. Le fossé végétalisé est complété par des filtres à compost et des filtres à charbon.

Les filtres sont fabriqués à partir de manchons en maille tubulaire de deux mètres de long et de vingt centimètres de diamètre. Remplissez chaque manchon de charbon avec 30 litres de charbon actif granulé. Et remplissez chaque manchon de compost avec 15 kilogrammes chacun de déchets de jardin partiellement décomposés provenant de toute source propre, comme un site d’enfouissement local.

Installez les filtres dans différentes sections du fossé végétalisé, comme indiqué dans le protocole texte. Ancrez les manchons au fond du fossé à l’aide de piquets de fil sur le bord amont. Ensuite, placez une section de planche de pin de 2,5 mètres de long et six pouces de large sur le bord aval de chacun des manchons.

Creusez les planches de pin sur les deux côtés et au fond du canal pour minimiser le contournement de l’eau et l’érosion des manchons en carbone. Les planches fourniront également un support vertical pour maximiser le temps de contact de l’eau avec le carbone. L’efficacité du système de fossé intégré peut être testée en créant un ruissellement agricole simulé, en utilisant de l’eau souterraine mélangée à des sédiments en suspension et enrichie d’un pesticide modèle.

Étant donné que les pesticides neurotoxiques, tels que les organophosphorés, les pyréthroïdes et les néonicotinoïdes, ont récemment été associés à la toxicité des eaux de surface, les systèmes de traitement et les programmes de surveillance devraient mettre l’accent sur ces classes de pesticides. Surveillez le débit d’entrée à l’aide d’un compteur numérique et d’un enregistreur de données. Utilisez les données pour quantifier le volume total d’eau de ruissellement épandue dans l’entrée du fossé.

Construire un déversoir à la sortie du fossé et l’aplomber à l’aide d’un tuyau de sortie relié à un débitmètre numérique et à un enregistreur de données. Programmez les enregistreurs de données pour qu’ils activent les pompes péristaltiques situées à l’entrée du fossé et à diverses stations situées sous l’entrée du fossé, afin de recueillir des sous-échantillons composites des eaux de ruissellement dans des conteneurs en acier inoxydable à des intervalles de cinq minutes. Transférer des échantillons composites d’eau de ruissellement provenant d’essais dans des bouteilles en verre ambré à la fin de chaque essai de ruissellement.

Maintenir les échantillons sur de la glace à quatre degrés Celsius pour une analyse ultérieure de la toxicité et des produits chimiques, comme décrit dans le protocole textuel. En raison de contraintes de temps, nous avons mis l’accent sur un fossé végétalisé intégré pour le traitement des pesticides et du ruissellement agricole. Les principes de conception et de surveillance appliqués à ce système s’appliquent également au traitement des eaux pluviales urbaines à l’aide de rigoles biologiques, comme nous l’expliquons dans le manuscrit.

Préparer des échantillons composites d’eau de fossé végétalisé à l’entrée et à la sortie pour la réalisation d’essais de toxicité à l’aide de trois espèces d’essai, conformément aux protocoles d’essai aigus et chroniques modifiés de l’Environmental Protection Agency des États-Unis. Avant de mettre en place les expositions, mesurez l’oxygène dissous, le PH et la conductivité d’un sous-échantillon de chaque échantillon, à l’aide de compteurs et d’électrodes appropriés. Mesurez également l’ammoniac non ionisé à l’aide d’un spectrophotomètre.

Ensuite, effectuez des tests de survie aiguë de 96 heures, avec le cladocère Ce.dubia. Exposer cinq nouveau-nés de Ce.dubia dans chacune des cinq répétitions d’échantillons d’eaux pluviales d’entrée et de sortie. Les répétitions consistent en des flacons à scintillation de 20 millilitres contenant 15 millilitres de solution d’essai.

Renouveler le test Ce.dubia tous les jours en nourrissant les nouveau-nés avec un mélange de levures, de céréales, de nourriture de truite et d’algues Selenastrum deux heures avant le renouvellement. Ensuite, transférez les organismes dans un échantillon frais. Enregistrez quotidiennement le nombre total de nouveau-nés survivants.

Effectuez également des tests de survie aigus de 10 jours avec l’amphipode H. azteca. Exposez 10 amphipodes âgés de sept à 14 jours à chacune des cinq répétitions. Les répétitions consistent en des béchers en verre de 300 millilitres, contenant 100 millilitres de solution d’essai.

Comptez le nombre d’amphipodes survivants chaque jour et renouvelez 50 % de la solution d’essai toutes les 48 heures. Nourrissez chaque bécher toutes les 48 heures avec 1,5 millilitre de YCT après le renouvellement. Pour effectuer des essais de survie et de croissance chroniques de 10 jours avec la cécidomyie C. dilutus, exposer 12 animaux âgés de sept jours dans chacune des quatre répétitions.

Les répétitions consistent en des béchers en verre de 300 millilitres, contenant 200 millilitres de solution d’essai, et cinq millilitres de sable, comme substrat pour la construction de tubes par les larves. Renouveler 50 % de la solution d’essai toutes les 48 heures. Nourrissez chaque bécher quotidiennement avec une quantité croissante de lisier de nourriture pour poissons, à partir de quatre grammes par litre de lisier de nourriture pour poissons.

Après avoir compté la survie finale de C. dilutus, mesurez la croissance des organismes survivants en poids sec exempt de cendres. Comparer la survie finale de Ce.dubia après 96 heures d’exposition à des échantillons de fossés végétalisés d’entrée et de sortie à leur survie dans des eaux témoins modérément dures, à l’aide d’un test t. Utilisez les mêmes procédures pour comparer la survie finale de H. azteca et la survie finale et la croissance de C. Dilutus.

Les résultats représentatifs du traitement végétalisé des eaux de ruissellement d’irrigation agricole ont montré que ce système est efficace pour réduire les pesticides et la toxicité. La charge moyenne de chlorpyrifos a été réduite de 98 % à un débit de 3,2 et de 94 % à un débit de 6,3 litres par seconde. La toxicité a été éliminée dans deux des trois essais au débit le plus faible et dans l’un des trois essais au débit le plus élevé.

Des réductions de la toxicité et des pesticides et d’autres contaminants ont également été observées dans le traitement des eaux pluviales par baissière. Les pesticides pyréthrinoïdes ont été considérablement réduits dans les eaux pluviales, et la toxicité associée pour l’amphipode, H. azteca, a également été réduite. À l’inverse, la concentration de fipronil sulfone n’a pas été réduite par le traitement par baissière biologique, pas plus que la toxicité pour la cécidomyie, C. Dilutus.

Les organismes de réglementation de la qualité de l’eau et les chercheurs utilisent des essais de toxicité aquatique pour évaluer la capacité des eaux de surface à soutenir la vie aquatique. Les données générées par des décennies de surveillance en Californie ont montré que la plupart de la toxicité pour les invertébrés est causée par les pesticides. Les régulateurs environnementaux en Californie mettent en œuvre des politiques visant à réduire la charge de pesticides provenant des eaux pluviales et du ruissellement agricole.

Il s’agit notamment de promouvoir des systèmes de traitement conçus pour réduire la charge de pesticides d’usage courant provenant de ces sources. La démonstration visuelle des protocoles d’essai toxicologique devrait renforcer le concept selon lequel la surveillance de l’efficacité de ces systèmes de traitement nécessite l’utilisation d’espèces et de protocoles d’essai qui sont sensibles aux pesticides actuellement utilisés. Nous avons montré que les systèmes végétalisés sont une solution rentable pour traiter les pesticides dans les eaux de ruissellement agricoles.

Il a été démontré que l’ajout de charbon actif granulé à ces systèmes élimine les pesticides résiduels non éliminés par la végétation. La surveillance de l’efficacité de ces systèmes à l’aide d’analyses chimiques ciblées et de protocoles d’essai de toxicité appropriés permettra de s’assurer que ces pratiques protègent les écosystèmes aquatiques.