Системы растительного обогащения для удаления загрязнителей, связанных с токсичностью поверхностных вод в сельском хозяйстве и городском стоке
Summary
Эта статья суммирует атрибуты дизайна и эффективность систем очистки, которые обрабатывают городской ливневой и сельский орошаемый сток для удаления пестицидов и других загрязнителей, связанных с водной токсичностью.
Abstract
В городских ливневых стоках и сельском оросительном стоке содержится сложная смесь загрязняющих веществ, которые часто токсичны для смежных водоприемников. Среда может обрабатываться простыми системами, предназначенными для содействия сорбции загрязнителей растительностью и почвами и содействия инфильтрации. Описаны две примерные системы: система обработки биосферы для обработки городских ливневых вод и дренажная канава с растительностью для обработки орошаемого земледелия. Оба имеют сходные признаки, которые уменьшают загрязняющие вещества в стоке: растительность, которая приводит к сорбции загрязняющих веществ к поверхности почвы и растений, а также к инфильтрации воды. Эти системы могут также включать интеграцию гранулированного активированного угля в качестве этапа полировки для удаления остаточных загрязнителей. Реализация этих систем в сельском хозяйстве и городских водоразделах требует системного мониторинга для проверки эффективности лечения. Это включает в себя химический мониторинг для конкретных загрязнителей, ответственных за токсичность.В настоящем документе делается упор на мониторинг использования пестицидов, используемых в настоящее время, поскольку они отвечают за токсичность поверхностных вод для водных беспозвоночных.
Introduction
Токсичность поверхностных вод распространена в водосборах Калифорнии, и десятилетия мониторинга показали, что токсичность часто связана с пестицидами и другими загрязнителями 1 . Основными источниками загрязнения поверхностных вод являются ливневой и оросительный стоки из городских и сельскохозяйственных источников. Поскольку водные объекты считаются деградированными из-за загрязнителей, а токсичность определяется из городских и сельскохозяйственных источников, партнеры по контролю качества воды сотрудничают с государственными и федеральными источниками финансирования для внедрения методов снижения нагрузки загрязняющих веществ. Зеленая инфраструктура продвигается в городских водоразделах Калифорнии, чтобы уменьшить наводнения и увеличить восстановление ливневых стоков через инфильтрацию и хранение. В то время как проекты с низким уровнем воздействия (LID) вводятся в действие для нового строительства во многих регионах, в немногих исследованиях был проведен мониторинг эффективности этих систем за пределами измерений обычных загрязнителей, таких как растворенные твердые вещества, металлы и углеводородыбоны. В последнее время более интенсивный мониторинг оценивает снижение химических концентраций и химических нагрузок, ответственных за токсичность поверхностных вод, и прямое определение того, снижают ли биосвиты токсичность стока. Это показало, что биосвины эффективны в устранении токсичности, связанной с некоторыми классами загрязнителей 2 , однако для новых химических веществ, вызывающих озабоченность, необходимы дополнительные исследования.
Растительные системы очистки также внедряются в водосборных бассейнах в Калифорнии, и они показали свою эффективность в снижении количества пестицидов и других загрязняющих веществ в сельском хозяйстве на орошение 3 , 4 . Эти системы представляют собой компоненты комплекса подходов к снижению нагрузки загрязняющих веществ на поверхностные воды. Поскольку они предназначены для уменьшения загрязняющих веществ, ответственных за токсичность поверхностных вод, ключевым компонентом процесса осуществления является мониторингИх долгосрочной эффективности. Мониторинг включает как химический анализ химических веществ, вызывающих озабоченность, так и испытания на токсичность с чувствительными индикаторными видами. В этой статье описываются протоколы и результаты мониторинга для биотоплива городской парковки и сельскохозяйственной системы с растительным дренажным каналом.
Характеристики конструкции типичной биотоплива для парковки, такие как могут использоваться для обработки стока бури в типичной смешанной городской городской парковке, зависят от обрабатываемой области. В примере, описанном здесь, 53 286 квадратных футов асфальта создают непроницаемую площадь поверхности, которая стекает к swale, который состоит из 4683 квадратных футов озеленения. Для размещения стока из этой поверхности, канал длиной в 215 футов с плоским дном, с полу-V образными каналами, включает в себя наклон с боковым уклоном менее 50% и продольным наклоном 1% ( рисунок 1 ). Эта сваи состоит из трех слоев, включая родную пучевую траву, посаженную в 6 дюймах верхнего слоя почвы,Красный более 2,5 футов уплотненного грунтового основания. Штормовая вода течет от парковочных зон к нескольким точкам входа вдоль сугроба. Вода инфильтрирует растительный покров, затем пропитывает земляное полотно и стекает в 4-дюймовый перфорированный дренаж. Эта система стекает вода через систему, установленную на соседний водно-болотный угодья, который в конечном счете стекает в местный ручей.
Protocol
Representative Results
Discussion
Методы, описанные в этом протоколе, предназначены в качестве заключительных шагов в общей стратегии по удалению загрязнителей в сельском ирригационном и ливневом стоках. Использование биосвидетельств и других методов жизнеобеспечения в городской зеленой инфраструктуре предназначе…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Финансирование работы, описанной здесь, поступало из Калифорнийского департамента регулирования пестицидов и Калифорнийского департамента водных ресурсов.
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 |
References
- 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).
