Sistemi di trattamento vegetale per la rimozione dei contaminanti associati alla tossicità dell'acqua superficiale nell'agricoltura e nella rottura urbana
Summary
Questo articolo riassume gli attributi di progettazione e l'efficacia dei sistemi di trattamento che trattano le acque di scarico urbane e l'irrigazione dell'agricoltura per rimuovere i pesticidi e altri contaminanti associati alla tossicità acquatica.
Abstract
L'acqua di stormwater urbana e l'irrigazione dell'agricoltura contengono una miscela complessa di contaminanti che sono spesso tossici per le acque riceventi adiacenti. La rottura può essere trattata con semplici sistemi atti a promuovere la assorbimento di contaminanti alla vegetazione e ai suoli e promuovere l'infiltrazione. Sono descritti due sistemi di esempio: un sistema di trattamento bioswale per il trattamento urbano delle acque piovane e un fossato di drenaggio vegetale per il trattamento delle scorie di irrigazione agricole. Entrambi hanno attributi simili che riducono il carico di contaminanti nel vento: la vegetazione che provoca la sorpazione dei contaminanti nei suoli e sulle superfici delle piante e nell'infiltrazione dell'acqua. Questi sistemi possono anche includere l'integrazione del carbonio attivato granulato come fase di lucidatura per rimuovere contaminanti residui. L'attuazione di questi sistemi nell'agricoltura e nelle acque urbane richiede un monitoraggio del sistema per verificare l'efficacia del trattamento. Ciò comprende il monitoraggio chimico per contaminanti specifici responsabili della tossicità.La presente carta sottolinea il monitoraggio dei pesticidi attualmente in uso, poiché questi sono responsabili della tossicità dell'acqua superficiale per gli invertebrati acquatici.
Introduction
La tossicità dell'acqua superficiale è prevalente negli spartiacque della California e decenni di monitoraggio hanno dimostrato che la tossicità è spesso dovuta a pesticidi e ad altri contaminanti 1 . Le fonti primarie di contaminazione delle acque superficiali sono acqua di scarico e irrigazione da fonti urbane e agricole. Poiché i waterbodies sono classificati come degradati a causa di contaminanti e la tossicità è identificata da fonti urbane e agricole, i regolatori di qualità dell'acqua collaborano con fonti di finanziamento statali e federali per attuare pratiche per ridurre il carico di contaminanti. Le infrastrutture verdi sono state promosse negli spartiacque urbane della California per ridurre le inondazioni e aumentare il recupero delle acque piovane attraverso l'infiltrazione e lo stoccaggio. Mentre i progetti di sviluppo a basso impatto (LID) sono stati mandati per la nuova costruzione in molte regioni, pochi studi hanno monitorato l'efficacia di questi sistemi oltre le misurazioni dei contaminanti convenzionali come solidi disidratati, metalli e idrocarburibons. Il monitoraggio più intenso ha recentemente valutato le riduzioni delle concentrazioni chimiche e del carico chimico responsabili della tossicità dell'acqua superficiale e di determinare direttamente se le bioswalle riducono la tossicità dei liquidi. Ciò ha dimostrato che le bioswalle sono efficaci nella rimozione della tossicità associata a alcune classi contaminanti 2 , ma sono necessarie ulteriori ricerche per i prodotti chimici emergenti di preoccupazione.
Anche i sistemi di trattamento vegetale sono stati attuati negli spartiacque agricoli della California, e sono stati dimostrati efficaci nella riduzione degli antiparassitari e di altri contaminanti nell'erogazione dell'irrigazione agricola 3 , 4 . Questi sistemi rappresentano componenti di una serie di approcci per ridurre il carico di contaminanti nelle acque superficiali. Poiché sono intesi per mitigare i contaminanti responsabili della tossicità dell'acqua superficiale, una componente chiave del processo di attuazione è il monitoraggio a eNsure la loro efficacia a lungo termine. Il monitoraggio comprende sia analisi chimiche di sostanze chimiche preoccupanti, sia test di tossicità con specie di indicatori sensibili. Questo articolo descrive i protocolli e i risultati di monitoraggio per un bioswale di parcheggio urbano e un sistema di fossa vegetale a drenaggio vegetale.
Gli attributi progettuali di un bioswale tipico del parcheggio, come possono essere utilizzati per il trattamento di scoppio di tempesta in un tipico parcheggio di acquisto urbano a uso misto, dipendono dalla zona da trattare. Nell'esempio qui descritto, 53.286 metri quadrati di asfalto creano una superficie superficiale impermeabile che scava ad una falda, che consiste di 4.683 metri quadrati di paesaggio. Per soddisfare i deflussi di questa superficie, un canale a forma di semi-V a pianta larga da 215 piedi comprende la rondella con pendenza laterale inferiore al 50% e pendenza longitudinale dell'1% ( Figura 1 ). Questa riva comprende tre strati, tra cui erba di erba nativa piantata in 6 pollici di terriccio, layeRosso sopra 2,5 piedi di sottofondo compattato. L'acqua della tempesta scorre dalle aree di parcheggio a più punti di ingresso lungo la riva. L'acqua infiltra l'area vegetale, quindi permea il sottosuolo e scava in un drenaggio perforato da 4 pollici. Questo sistema drena l'acqua attraverso un sistema plumbed in una zona umida adiacente che alla fine scaturisce in un torrente locale.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le pratiche descritte nel presente protocollo sono intese come passaggi definitivi in una strategia globale per rimuovere gli inquinanti nell'irrigazione agricola e nelle acque di scarico. L'uso di bioswale e di altre pratiche urbane LID di infrastrutture verdi urbane sono intese come un pezzo finale del puzzle per rimuovere i contaminanti in scoppio prima di raggiungere le acque riceventi adiacenti. Questo protocollo sottolinea i metodi per monitorare le bioswalle urbane per determinare l'efficacia de…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Il finanziamento per il lavoro qui descritto è venuto dal Dipartimento della California del regolamento sui pesticidi e dal Dipartimento delle risorse idriche della California.
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 |
Referencias
- 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).
