Name: Vegetierte Behandlungssysteme zur Entfernung von Verunreinigungen, die mit der Oberflächenwasser-Toxizität in der Landwirtschaft und dem städtischen Abfluss verbunden sind (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-15T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 49 s
Description: Erfahren Sie, wie vegetierte Behandlungssysteme Pestizide aus städtischem Abwasser und landwirtschaftlichem Abfluss entfernen. Diese Methode kombiniert chemische Analyse mit Toxizitätstests zur Bewertung der Oberflächenwasserqualität.

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Die Finanzierung für die hier beschriebene Arbeit stammte aus dem California Department of Pesticide Regulation und dem California Department of Water Resources.

1. Urban Bioswale Wirksamkeitsüberwachung <ol><li> Sturmwasserprobenahme <ol><li> Probe 4 L Vorbehandlung Sturzwasser verlassen den Parkplatz, wie es in den Bioswale Einlass, und dann 4 L der Nachbehandlung Sturm Wasser, wie es die Bioswale durch die 4 &quot;Auslass Abfluss verlässt. </li><li> Mit lokalen Wettervorhersagen, sammeln Proben am Anfang, Mitte und Ende der Sturm-Hydrograph. Verbinden Sie die Proben, um die Abflussvariabilität während des Sturmereignisses zu charakterisieren. </li><li> Sammle 1,3 L Proben von Hand und verbinde sie in einer 4 l bernsteinfarbenen Flasche. Sammeln Sie Einlassproben an mehreren Bordsteinöffnungen, wo Sturmwasser in die Bioswale fließt. </li><li> Sammeln Sie 1,3 L Austrittsproben aus dem Durchflussmesser, der am Auslassabfluss befestigt ist (siehe unten) und zusammengesetzt in einer 4 l bernsteinfarbenen Flasche. </li><li> Lagern Sie die zusammengesetzten Proben auf Eis, bis die endgültige Hydrographprobe gesammelt wird. Dann transportiere sie zum Labor und halte in einem RefrIgerator bei 4 ° C vor der Unterabtastung für die Chemie- und Toxizitätstests. Schicken Sie Proben in das Chemielabor innerhalb von 48 Stunden der Probensammlung. </li></ol></li><li> Lastberechnung <ol><li> Vor dem Sturm, installieren Sie einen Kipp-Eimer Digital Logger Regen Messgerät, indem Sie es an einem leichten oder anderen Pol neben der Bioswale-Website. Verwenden Sie die Regen-Daten, um sofortige und totale Niederschläge für die Website anzuzeigen. </li><li> Installieren Sie einen mechanischen Getriebeimpuls-Durchflussmesser an den Auslasskanälen der Bioswale. Rekord Gesamtfluss verlassen die Bioswale. HINWEIS: Eine Verringerung des Abflussvolumens wird vermutet, um die Gesamtbelastung von Verunreinigungen in LID-Designs zu reduzieren. </li><li> Modell das Volumen des Wassers fallen auf dem Parkplatz Einzugsgebiet Bereich während der Regen Veranstaltung durch Extrapolation mit dem Zoll von Regen von der Regenmessung aufgenommen. Verwenden Sie diese Daten, um das Volumen zu bestimmen, das in das Behandlungssystem eintritt, basierend auf der Parkplatzfläche. </li><li> Verwenden Sie den Gesamtfluss, der mit t aufgezeichnet wurdeEr Ausfluss Durchflussmesser zu berechnen Infiltration Prozentsatz. Berechnen Sie den Unterschied zwischen Einlass- und Auslassvolumen, um die Regenwasserinfiltration zu bestimmen. </li><li> Berechnen Sie die Verunreinigungsbelastung und die Belastungsreduktionsprozentsätze während des Sturms mit dem Einlass- und Auslassvolumen in Verbindung mit kontaminierenden analytischen Messungen. </li><li> Messen Sie chemische Analyten, die für die Oberflächen-Wasser-Toxizität relevant sind (wie unten diskutiert). Insgesamt chemische Gruppen zur Vereinfachung der Lastberechnungen und Basis auf ihre ähnlichen toxischen Wirkmechanismen ( z. B. insgesamt mehrkernige aromatische Kohlenwasserstoffe [PAK], Gesamtpyrethroide und Gesamtfipronil und abbauen). </li></ol></li><li> Chemie <ol><li> Analysieren Sie alle Proben für die folgenden Parameter: Gesamt suspendierte Feststoffe (TSS), Spurenmetalle (USEPA-Methode 200.8 5 , induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie [ICP / MS]) und PAHs (USEPA-Methode 625 6 ). </li><li> Analysieren Sie Beispiele für curreNt-use städtische Pestizide, darunter 9 Pyrethroide (USEPA-Methode SW846 8270 modifiziert 7 , Bifenthrin, Cypermethrin, Fenvalerat / Esfenvalerat, Permethrin, Tetramethrin, L-Cyhalothrin, Cyfluthrin und Allethrin) und Fipronil und seine drei primären Abbauprodukte (Fipronilsulfid, Fipronilsulfon, Fipronildesulfinyl). </li><li> Analysieren Sie Pyrethroide unter Verwendung von Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC / MS) unter Verwendung einer negativen chemischen Ionisation oder einer anderen geeigneten Methode, um ausreichende Nachweisgrenzen zu liefern. Da die meisten Stromanwendungs-Pestizide bei niedrigen Konzentrationen hochgradig toxisch sind, benötigen ihre Analysen für die Umweltrisikobewertung eine geringe chemische Berichtsgrenze. Die Methode der Berichterstattung für Pyrethroide beträgt 0,5 ng / l bis 1,0 ng / l für alle Pyrethroide mit Ausnahme von Permethrin (Meldegrenze = 10 ng / L). </li><li> Verwenden Sie eine analytische Prozedur für Fipronil, die eine Methode Berichtsgrenze von 1,0 ng / L bietet. Organophosphat-Pestizide müssen nicht gemessen werdenDing auf lokale Gebrauchsmuster zum Beispiel in städtischen Gebieten in Kalifornien 8 , 9 . </li><li> Messen Sie Neonicotinoid-Pestizide ( zB Imidacloprid) mit Ultra-Performance-Flüssigkeitschromatographie, gekoppelt an ein Triple-Quadrupol-Massenspektrometer, das eine Meldegrenze für Imidacloprid von 50 ng / L aufweist. </li></ol></li><li> Toxizitätstests <ol><li> Durchführung von Toxizitätstests an den zusammengesetzten Einlass- und Auslass-Regenwasserproben unter Verwendung von 3 Testarten, nach modifizierten US-Umweltschutzbehörden (USEPA) akuten Testprotokollen 10 . Der Test mit dem Cladoceran Ceriodaphnia dubia misst das Überleben nach 96 h. Der Test mit dem Amphipod Hyalella azteca misst das Überleben nach 10 Tagen. Der Test mit der Mücke Chironomus dilutus misst das Überleben und Wachstum nach 10 Tagen. </li><li> Durchführung von akuten 96-h-Überlebenstests mit dem Cladoceran C. dubia nach U.S. EPA Anleitung. <ol><li> Exponieren Sie fünf C. dubia Neugeborene in jedem von fünf Wiederholungen von Einlass- und Auslass-Regenwasserproben. Replikate bestehen aus 20-ml-Szintillationsfläschchen mit 15 ml Testlösung. </li><li> Futter neonates eine Mischung aus Hefe, Cerophyll, Forellen Chow (= YCT, nach US EPA Guidance) und Selenastrum Algen 2 Stunden vor täglich 100% Erneuerung der Regenwasser-Test-Lösungen. Die Gesamtzahl der überlebenden Neugeborenen täglich aufzeichnen. </li><li> Vergleiche endgültige C. dubia Überleben nach 96 h Exposition gegenüber Einlass und Auslass Regenwasser Proben zu überleben in mäßig harte Kontrolle Wasser mit einem t-Test. Befolgen Sie die von US EPA empfohlenen statistischen Verfahren. </li></ol></li><li> Durchführung von akuten 10 d Überlebenstests mit dem Amphipod H. azteca nach US EPA Anleitung. <ol><li> Exponieren Sie 10, 9 Tage bis 15 Tage alte Amphipoden in jedem von fünf Wiederholungen. Die Replikate bestehen aus 300-ml-Glasbechern mit 200 ml Testlösung. </li><li&gt; Amphipod-Tests für 10 Tage durchführen, die Anzahl der überlebenden Amphipoden täglich zählen und 50% der Testlösung alle 48 h erneuern. Füttere jeden Becher alle 48 h mit 1,5 mL YCT nach der Erneuerung. </li><li> Vergleich des Endüberlebens von Amphipoden in Regenwasserproben bis 10 Tage Überleben in Labor-Brunnenwasser wie oben beschrieben. </li></ol></li><li> Durchführung chronischer 10-d- Überlebens- und Wachstumstests mit dem Midge C. dilutus nach US-EPA-Anleitung. <ol><li> Exponieren Sie 12, 7-d alte Tiere in jedem von vier Wiederholungen. Replikate bestehen aus 300 ml Glasbechern mit 200 mL Testlösung. Versorgen Sie jeden Midge Test Container mit 5 ml Sand als Substrat für Rohr Gebäude durch die Larven. </li><li> Durchführung von Tests für 10 d und erneuern 50% der Testlösung alle 48 h für jeden Becher täglich mit einer ansteigenden Menge an Fischnahrungsmittelaufschlämmung (4 g / l) wie folgt: Tage 0 bis 3, 0,5 ml / Tag; Tage 4 bis 6, 1,0 ml / Tag; Tage 7 bis 10, 1,5 mL / Tag. </li><li> Endgültiges Überleben vergleichen undWachstum in Regenwasserproben bis 10-d-Überleben in Labor-Brunnenwasser, wie oben beschrieben. Messen Sie das Wachstum der überlebenden Tiere als aschefreies Trockengewicht bei 10 d im Vergleich zum Anfangsgewicht der Testorganismen. </li></ol></li><li> Für alle Toxizitätstests mischen Sie den gelösten Sauerstoff, den pH-Wert und die Leitfähigkeit mit geeigneten Metern und Elektroden. Messen Sie unionisiertes Ammoniak mit einem Spektrophotometer. <ol><li> Messen Sie die Wasserhärte und die Alkalinität bei Beginn und Beendigung der Tests. 10 </li><li> Aufzeichnung der Wassertemperatur mit einem kontinuierlichen Aufzeichnungsthermometer. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Integrierte vegetierte landwirtschaftliche Drainage Ditch Wirksamkeit Monitoring <ol><li> Integrierter Grabenbau HINWEIS: Der im derzeitigen Beispiel verwendete landwirtschaftliche Entwässerungsgraben ist 152 m lang und hat eine halb-v-förmige Querschnittsbreite von 5 m oben und 1 m Tiefe. Die Grabenvegetation ist eine Kombination aus nAtive Grasarten, die vorwiegend mit rotem Fescue ( Festuca rubra ) ausgesät wurden. In diesem Beispiel bestanden integrierte vegetative Grabenproben aus granulierten Aktivkohle (GAC) und Kompostfilterbehandlungen, die mit dem Vegetationsgraben integriert wurden. <ol><li> Konstruieren Sie zwei Kompostfilter und sechs Kohlefilter und installieren Sie sie in drei verschiedenen Abschnitten des Vegetationsgrabens (Abbildung 2 ). Verwenden Sie 2 m lange 20 cm lange Hülsen, die mit Carbon oder Kompost gefüllt sind. </li><li> Füllen Sie sechs Ärmel mit 30 L granulierter Aktivkohle und legen Sie diese über den Graben am 146 m-Punkt, in der Nähe des Ende von 152 m bewachsenen Graben. Verankern Sie die GAC-gefüllten Ärmel zum Grabenboden mit Drahtstäben auf der vorgeschalteten Kante. </li><li> Legen Sie einen 2,5 m langen 6 &quot;breiten Abschnitt der Kieferplatte auf die stromabwärtige Kante jeder der GAC-Hülsen. Graben Sie die Kiefernbretter in die beiden Seiten und die Unterseite des Kanals, um Wasser zu vermeiden, um die Carbon-Hülsen zu umgehen und zu unterschneiden ProfiEine vertikale Unterstützung zur Maximierung der Wasser-Kontaktzeit mit dem Kohlenstoff. </li><li> Füllen Sie die Komposthülsen mit etwa 15 kg je teilweise zersetztem Werft aus jeder sauberen Quelle, wie zB einer örtlichen Deponie. Positionieren Sie zwei 2 m lange Komposthülsen über den Vegetationskanal bei 64 m und bei 123 m entlang der Länge des 152 m bewachsenen Grabens (Abbildung 2 ). </li></ol></li><li> Runoff Simulation und Sampling HINWEIS: Dieses Protokoll beschreibt Methoden zur Durchführung von simulierten landwirtschaftlichen Abflussversuchen und damit verbundenen Monitoring zur Bewertung der Behandlungswirksamkeit mit dem integrierten vegetativen Behandlungssystem. Im laufenden Beispiel wurde das integrierte Vegetations-Kompost-Kohlenstoff-System mit zwei Durchflussraten bewertet, die die typische Off-Field-Entladung von kommerziellen Farmen im Salinatal, 3,2 L / s und 6,3 L / s darstellten. Das Organophosphat Pestizid Chlorpyrifos wurde als Modell Pestizid in diesen Studien verwendet, weil es eine moderate Solubi hatLity und stellt somit die Mitte der Löslichkeit von repräsentativen Pestiziden dar, die üblicherweise in der Schädlingsbekämpfung verwendet werden. Chlorpyrifos ist auch Gegenstand von laufenden regulatorischen Aktionen in Zentral-Kalifornien wegen seiner Auswirkungen auf die Landwirtschaft Wasserscheiden. Die Ziel-Chlorpyrifos-Dosis betrug etwa 2.600 ng / l. Die Durchflussraten und die Ziel-Chlorpyrifos-Konzentrationen liegen innerhalb der zuvor im lokalen Bewässerungsabfluss 3 , 11 gemessenen Bereiche. Die hydraulische Verweilzeit für einen Wasserpuls, der den Vegetationsgraben durchquert, wurde in dem hier angegebenen Beispiel nicht überwacht. Die Verweilzeit in diesen Systemen variiert mit der Wasserzuflussrate, dem Grad der Bodensättigung aufgrund vorheriger Bewässerung und Regen, der Anwesenheit von Strukturen, um Strömung wie Wehre und Sedimentationsbecken zu behindern, und die Menge der Oberfläche, die von der Vegetation bedeckt ist. Bisherige Studien haben die Verweilzeiten von mehreren Stunden für kleine Grabensysteme in derSalinas Tal 3 , 4 . Visuelle Beobachtungen zeigten die Verweilzeit für die GAC-Filter war ein oder zwei Minuten. <ol><li> Erstellen Sie simulierten landwirtschaftlichen Abfluss mit Grundwasser gemischt mit suspendierten Sediment. Für Versuche mit dem Modell Pestizid, Chlorpyrifos, eine frische Stammlösung von 10 mg / l für jede 3,2 L / s-Studie durch Zugabe von zertifizierter Stammlösung zu einem bekannten Volumen an destilliertem Wasser vorzubereiten. Für jede 6,3 l / s-Studie eine frische Chlorpyrifos-Stammlösung von 20 mg / l vorbereiten. <ol><li> Verwenden Sie eine Dosierpumpe, um eine konsistente Menge an Lagerlösung für das Abflusswasser bereitzustellen, bevor sie in den vegetierten Behandlungsgrabeneingang eintritt. Verwenden Sie die Dosierpumpe, um eine Stammlösung mit 50 ml / min auf den Fluss des simulierten Bewässerungswassers zu liefern. </li></ol></li><li> Überwachen Sie die Einlassdurchflussrate mit einem digitalen Messgerät und verwenden Sie diese Daten, um das Gesamtvolumen des Abflusswassers, das auf den Grabeneinlass angewendet wird, zu quantifizieren. </li><li> Konstruiere ein Wehr an thE Auslaß des Grabens und sauge dies mit einem Auslaßrohr, das mit einem digitalen Durchflußmesser verbunden ist. Verwenden Sie dieses Messgerät, um die Lautstärke des Abflusses aufzuzeichnen, die den Graben beendet hat. </li><li> Verwenden Sie Datenlogger, die mit den digitalen Messgeräten verbunden sind, um den Fluss in 5-Minuten-Intervallen aufzuzeichnen. Programmieren Sie die Datenlogger, um peristaltische Pumpen am Eingang und an verschiedenen Stationen ( z. B. 23 m, 45 m und 68 m) unterhalb des Einlasses des Grabens zu aktivieren, um zusammengesetzte Teilproben des Abflusses in Behälter aus rostfreiem Stahl in 5-minütigen Intervallen zu sammeln. </li></ol></li><li> Chemie <ol><li> Übertragen Sie zusammengesetzte Proben von Abflusswasser aus Versuchen in bernsteinfarbene Glasflaschen am Ende jeder Abflussversuch und pflegen die Proben auf Eis bei 4 ° C für spätere Toxizität und chemische Analysen. </li><li> Analysieren Sie die zusammengesetzten Proben für gesamt suspendierte Feststoffe (TSS) und Chlorpyrifos unter Verwendung von GC-MS oder enzymgebundenen Immunosorbens-Assays (ELISA). </li><li> Vergleichen Sie &quot;Einlass&quot; zusammengesetzte Proben (Vorbehandlung) zu &amp; #34, Outlet &quot;Kompositproben (Nachbehandlung) zur Bewertung der Wirksamkeit des integrierten Grabensystems zur Reduzierung von TSS- und Pestizidbelastungen. </li></ol></li><li> Toxizitätstests <ol><li> Die Bestimmung der Wassersäulen-Toxizität erfolgte in zusammengesetzten Proben aus dem Einlass (Vorbehandlung) und dem Auslass (Nachbehandlung) jeder Studie unter Verwendung von 96 h Ceriodaphnia -Dubia-Toxizitätstests 10 , wie oben für die Bioswale-Überwachung beschrieben. C. dubia ist eine geeignete Überwachungsart für die landwirtschaftliche Abflusstoxizität aufgrund ihrer Empfindlichkeit gegenüber Chlorpyrifos (mittlere letale Konzentration (LC50) = 53 ng / L 12 ). </li></ol></li></ol>

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</ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen haben.

Die in diesem Protokoll beschriebenen Praktiken sind als letzte Schritte in einer Gesamtstrategie zur Beseitigung von Schadstoffen in der Landwirtschaft Bewässerung und Regenwasserabfluss gedacht. Die Verwendung von Bioswales und anderen städtischen Green-Infrastruktur-LID-Praktiken ist als endgültiges Stück des Puzzles gedacht, um Verunreinigungen im Abfluss zu entfernen, bevor sie angrenzende angrenzende Gewässer erreichen. Dieses Protokoll unterstreicht Methoden, um städtische Bioswales zu überwachen, um die Behandlu...

Die Oberflächenwassertoxizität ist in den kalifornischen Wasserscheiden weit verbreitet und jahrzehntelange Überwachung hat gezeigt, dass Toxizität oft auf Pestizide und andere Verunreinigungen zurückzuführen ist. Die primären Quellen der Oberflächen-Wasser-Kontamination sind Regenwasser und Bewässerung Abfluss aus städtischen und landwirtschaftlichen Quellen. Da die Wasserkörper aufgrund von Verunreinigungen als abgebaut aufgeführt sind und die Toxizität aus städtischen und landwirtschaftlichen Quellen identifiziert wird, können die Wasserqualitätsregulatoren mit staatlichen und föderalen Finanzierungsquellen zusammenarbeiten, um Praktiken zur Verringerung der Kontaminationsbelastung umzusetzen. Grüne Infrastruktur wird in Kalifornien städtischen Wasserscheiden gefördert, um Überschwemmungen zu reduzieren und die Wiederherstellung von Regenwasser durch Infiltration und Lagerung zu erhöhen. Während Low-Based-Development (LID) -Designs für den Neubau in vielen Regionen beauftragt sind, haben wenige Studien die Wirksamkeit dieser Systeme über die Messungen von konventionellen Verunreinigungen wie gelösten Feststoffen, Metallen und Hydrocar hinaus überwachtBons Eine intensivere Überwachung hat kürzlich die Verringerung der chemischen Konzentrationen und die chemische Belastung, die für die Oberflächenwässertoxizität verantwortlich ist, untersucht und direkt festgestellt, ob Bioswales die Toxizität des Abflusses verringern. Dies hat gezeigt, dass Bioswales wirksam bei der Beseitigung der Toxizität sind, die mit einigen Verunreinigungsklassen 2 verbunden ist, aber zusätzliche Forschung ist für aufkommende Chemikalien von Sorge erforderlich. Vegetarische Behandlungssysteme werden auch in der Landwirtschaft Wasserscheiden in Kalifornien umgesetzt, und diese haben sich als wirksam bei der Verringerung von Pestiziden und anderen Verunreinigungen in der Landwirtschaft Bewässerung Abfluss 3 , 4 gezeigt . Diese Systeme repräsentieren Komponenten einer Reihe von Ansätzen zur Verringerung der Schadstoffbelastung zu Oberflächengewässern. Weil sie beabsichtigt sind, Schadstoffe zu reduzieren, die für die Oberflächenwassertoxizität verantwortlich sind, ist eine Schlüsselkomponente des Umsetzungsprozesses auf e zu überwachenSichern ihre langfristige Wirksamkeit. Die Überwachung umfasst sowohl chemische Analysen von Chemikalien von Sorge als auch Toxizitätstests mit empfindlichen Indikatorarten. Dieser Artikel beschreibt Protokolle und Überwachung der Ergebnisse für eine städtische Parkplatz Bioswale und eine landwirtschaftliche Vegetation Drainage Graben System. Die Design-Attribute eines typischen Parkplatzes Bioswale, wie zum Beispiel verwendet werden, um Sturmabfluss in einem typischen gemischt genutzten städtischen Shopping-Parkplatz zu behandeln, hängt von der zu behandelnden Fläche ab. In dem hier beschriebenen Beispiel schaffen 53.286 Quadratmeter Asphalt eine undurchdringliche Oberfläche, die zu einer Schwelle abläuft, die aus 4.683 Quadratfuß Landschaftsbau besteht. Um einen Abfluss von dieser Fläche zu ermöglichen, umfasst ein 215 Fuß langer Flachboden-Halb-V-Form-Kanal die Schwelle mit einer Seitenneigung von weniger als 50% und einer Längsneigung von 1% (Abbildung 1 ). Dieser Swale besteht aus drei Schichten, darunter native Bündel Gras gepflanzt in 6 Zoll von Oberboden, layeRot über 2,5 Meter verdichtetes Subgrade. Sturmwasser fließt von Parkplätzen zu mehreren Einstiegspunkten entlang der Schwelle. Das Wasser infiltriert die Vegetation, dann durchdringt das Subgrade und fließt in einen 4-Zoll-perforierten Abfluss. Dieses System entwässert Wasser durch ein System, das zu einem angrenzenden Feuchtgebiet zusammengefallen ist, das schließlich in einen lokalen Bach abfließt.

<table><tbody><tr><td>HOBO Kippschaufel mit digitalem Logger und Regenmesser&nbsp;</td><td>Onset Computer Co., Bourne MA, USA)</td><td>Onset RG3</td><td>Regenmesser</td></tr><tr><td>Mechanischer Getriebe-Impuls-Durchflussmesser&nbsp;</td><td>Seametrics Inc., Kent WA</td><td>Seametrics MJ-R</td><td>Durchflussmesser zur Messung des Bioswale-Auslassstroms</td></tr><tr><td>Filtrexx SafteySoxx</td><td>Filtrexx Co. - info@filtrexx.com</td><td>SafetySoxx</td><td>perforiertes synthetisches Tuch für granulierte Aktivkohle und</td></tr><tr><td>Kompost Granulierte Aktivkohle&nbsp;</td><td>Evoqua - Siemens Corp., Oakland CA</td><td>AC380</td><td>GAC für die Aufbereitung von Bewässerungswasser in der Landwirtschaft</td></tr><tr><td>Digitale Durchflussmesser&nbsp;</td><td>Seametrics, Inc., Kent, WA</td>, <td>Ag2000; WMP101</td><td>Durchflussmesser für die Landwirtschaft Überwachung von Bewässerungsaufbereitungssystemen</td></tr><tr><td>Datenlogger</td><td>Campbell Scientific Inc., Logan, UT</td><td>CR1000</td><td>Datenlogger für die Aufzeichnung von Durchflussdaten</td></tr><tr><td>Schlauchpumpen für die Probenahme von Kompositen</td><td>Omega Engineering Inc. Stamford CT</td><td>Omegaflex FPU-122-12VDC&nbsp;</td><td>Pumpen für die Probenahme von Kompositen</td></tr></tbody></table>

vegetierte behandlungssysteme zur entfernung von verunreinigungen, die mit der oberflächenwasser-toxizität in der landwirtschaft und dem städtischen abfluss verbunden sind

Vegetated Treatment Systems for Removing Contaminants Associated with Surface Water Toxicity in Agriculture and Urban Runoff

Urban Regenwasser und Landwirtschaft Bewässerung Abfluss enthalten eine komplexe Mischung von Verunreinigungen, die oft giftig für benachbarte Empfangsgewässer sind. Der Abfluss kann mit einfachen Systemen behandelt werden, die die Sorption von Verunreinigungen zu Vegetation und Böden fördern und die Infiltration fördern. Es werden zwei Beispielsysteme beschrieben: ein Bioswale-Behandlungssystem für die städtische Regenwasserbehandlung und ein vegetatischer Drainagegraben zur Behandlung von landwirtschaftlichen Bewässerungsabflüssen. Beide haben ähnliche Attribute, die die Kontaminationsbelastung im Abfluss reduzieren: Vegetation, die zur Sorption der Verunreinigungen in die Boden- und Pflanzenoberflächen und Wasserinfiltration führt. Diese Systeme können auch die Integration von granulierter Aktivkohle als Polierschritt umfassen, um restliche Verunreinigungen zu entfernen. Die Umsetzung dieser Systeme in der Landwirtschaft und in den städtischen Wasserscheiden erfordert eine Systemüberwachung, um die Behandlungswirksamkeit zu überprüfen. Dies schließt die chemische Überwachung für spezifische Toxizitätsverunreinigungen ein.Das aktuelle Papier unterstreicht die Überwachung der derzeitigen Verwendung von Pestiziden, da diese für die Oberflächenwassertoxizität gegenüber wirbellosen Wassertieren verantwortlich sind.

Urban Bioswale Wirksamkeit Während der 18,5 h des Sturms wurden 1,52 &quot;Regen vom Regenmesser aufgezeichnet, und dies führte zu 50.490 Gallonen Wasser, das von den Parkplätzen in die Bioswale floss. Von diesem Gesamtvolumen wurden 5,248 Gallonen durch den Durchflussmesser aufgezeichnet , Was zu einer Gesamtinfiltration von 90% des Regenwassers führte, das in die Bioswale floss, die Bioswale reduzierte alle Chemikalien, die übe...

Dieser Artikel fasst die Design-Attribute und die Wirksamkeit von Behandlungssystemen, die städtischen Regenwasser und Landwirtschaft Bewässerung Abfluss zu entfernen Pestizide und andere Verunreinigungen im Zusammenhang mit aquatischen Toxizität zu behandeln.

Vegetierte Behandlungssysteme zur Entfernung von Verunreinigungen, die mit der Oberflächenwasser-Toxizität in der Landwirtschaft und dem städtischen Abfluss verbunden sind

Urban stormwater and agriculture irrigation runoff contain a complex mixture of contaminants that are often toxic to adjacent receiving waters. Runoff may ...

Das übergeordnete Ziel dieser Verfahren besteht darin, chemische Analysen mit Toxizitätstests an Süßwasser-Invertebraten zu kombinieren, um zu bewerten, wie gut bepflanzte Behandlungssysteme aktuell verwendete Pestizide aus urbanem Regenwasser und landwirtschaftlichem Bewässerungsrücklaufwasser entfernen. Dieser Ansatz soll klären, ob herkömmliche Sanierungsmaßnahmen wirksam sind, die Oberflächenwasserqualität vor Kontaminanten zu schützen, und welche Überwachungskomponenten geeignet sind, um die Wirksamkeit von Managementmaßnahmen zu beurteilen.Der Hauptvorteil dieser Verfahren liegt darin, dass sie Toxizitätstestprotokolle mit der chemischen Überwachung von in-situ-Sanierungstechniken kombinieren, die darauf ausgelegt sind, die Einträge von Pestiziden in Oberflächengewässer zu verringern. Bryn Phillips und Michael Cahn werden Komponenten eines integrierten, bepflanzten Behandlungssystems demonstrieren, das entwickelt wurde, um Pestizide und andere Schadstoffe aus landwirtschaftlichem Abflusswasser zu entfernen. Jennifer Voorhees wird drei Toxizitätstestprotokolle demonstrieren, die zur Überwachung des Behandlungssystems verwendet werden.Der in diesem Beispiel verwendete bepflanzte Entwässerungsgraben ist 152 Meter lang und weist einen halb V-förmigen Querschnitt mit einer Breite von fünf Metern an der Oberkante und einer Tiefe von einem Meter auf. Die Vegetation im Graben besteht aus einer Kombination einheimischer Grasarten, hauptsächlich mit Rot-Schwingel eingesät. Der bepflanzte Graben ist mit Kompostfiltern und Kohlenstofffiltern ergänzt. Filter bestehen aus röhrenförmigen Maschenschläuchen, die zwei Meter lang und zwanzig Zentimeter im Durchmesser sind. Füllen Sie jeden Kohleschlauch mit 30 Litern granulierter, aktiver Kohle. Und füllen Sie jeden Kompostschlauch jeweils mit 15 Kilogramm teilweise zersetztem Gartenabfall aus einer sauberen Quelle, wie beispielsweise einer örtlichen Deponie.Installieren Sie die Filter in verschiedenen Abschnitten des bepflanzten Grabens, wie im Textprotokoll dargestellt. Verankern Sie die Hülsen mit Drahtpfählen an der Unterseite des Grabens an der Oberstromkante. Danach platzieren Sie einen 2,5 Meter langen, sechs Zoll breiten Abschnitt einer Kieferntafel an der Unterstromkante jeder Hülse.Graben Sie die Kiefernholzbretter an den beiden Seiten und am Boden des Kanals ein, um ein Umgehen und Untergraben der Kohlefasern durch Wasser zu minimieren. Die Bretter bieten zudem vertikalen Halt, um die Kontaktzeit des Wassers mit der Kohle zu maximieren. Die Wirksamkeit des integrierten Grabensystems kann getestet werden, indem man simulierte landwirtschaftliche Abflüsse erzeugt, die aus Grundwasser bestehen, das mit suspendierten Sedimenten versetzt und mit einem Modellpestizid angereichert ist.Da neurotoxische Pestizide wie Organophosphate, Pyrethroide und Neonikotinoide kürzlich mit Toxizität im Oberflächenwasser in Verbindung gebracht wurden, sollten Behandlungssysteme und Überwachungsprogramme diese Pestizidklassen besonders berücksichtigen. Überwachen Sie die Einlassströmungsgeschwindigkeit mit einem digitalen Messgerät und einem Datenlogger. Verwenden Sie die Daten, um das Gesamtvolumen des auf den Grabeneinlass aufgebrachten Abflusswassers zu quantifizieren.Konstruieren Sie einen Wehrdamm am Auslass des Grabens und rüsten Sie ihn mit einem Abflussrohr aus, das mit einem digitalen Durchflussmesser und einem Datenlogger verbunden ist. Programmieren Sie die Datenlogger so, dass sie peristaltische Pumpen am Einlass sowie an verschiedenen Stationen unterhalb des Einlasses des Grabens aktivieren, um zusammengesetzte Teilproben des Abflusses in Edelstahlbehältern alle fünf Minuten zu sammeln. Überführen Sie zusammengesetzte Proben des Abflusswassers aus den Versuchen am Ende jedes Abflussversuchs in braune Glasflaschen.Die Proben für spätere Toxizitäts- und chemische Analysen, wie im Textprotokoll beschrieben, auf Eis bei vier Grad Celsius lagern. Aufgrund von zeitlichen Beschränkungen haben wir einen integrierten, bepflanzten Graben zur Behandlung von Pestiziden und landwirtschaftlichem Abflusswasser in den Vordergrund gestellt. Die auf dieses System angewendeten Gestaltungs- und Überwachungsprinzipien gelten ebenfalls für die Behandlung von städtischem Regenwasserabfluss mittels Bioswales, wie in der Fachpublikation erörtert.Stellen Sie zusammengesetzte Wasserproben aus bepflanzten Gräben sowohl am Ein- als auch am Auslass für Toxizitätstests mit drei Testarten vor, und führen Sie diese gemäß modifizierter akuter und chronischer Testprotokolle der US Environmental Protection Agency durch. Vor dem Aufbau der Expositionen messen Sie den gelösten Sauerstoff, den pH-Wert und die Leitfähigkeit einer Teilprobe jeder Probe mithilfe geeigneter Messgeräte und Elektroden. Messen Sie außerdem das nichtionisierte Ammoniak mit einem Spektralphotometer.Führen Sie anschließend akute 96-Stunden-Überlebensversuche mit dem Cladoceren Ce. dubia durch. Setzen Sie jeweils fünf Ce. dubia-Neonaten in fünf Wiederholungen von Ein- und Auslass-Sturmabwasserproben aus. Die Wiederholungen bestehen aus 20-Milliliter- Szintillationsgefäßen, die jeweils 15 Milliliter Testlösung enthalten.Erneuern Sie den Ce.dubia-Test täglich, indem Sie Neonaten zwei Stunden vor der Erneuerung eine Mischung aus Hefe, Cerophyll, Forellennahrung und Selenastrum-Algen verabreichen. Anschließend überführen Sie die Organismen in eine frische Probe. Notieren Sie täglich die Gesamtanzahl der überlebenden Neonaten.Führen Sie außerdem akute 10-Tage-Überlebensprüfungen mit dem Amphipoden H.azteca durch. Setzen Sie jeweils 10 sieben bis 14 Tage alte Amphipoden jeder der fünf Wiederholungen dem Testmedium aus. Die Wiederholungen bestehen aus 300 Milliliter fassenden Glasbechern, die jeweils 100 Milliliter Testlösung enthalten.Zählen Sie täglich die Anzahl der überlebenden Asselschrimpe und erneuern Sie alle 48 Stunden 50 % der Testlösung. Füttern Sie jedes Becherglas alle 48 Stunden nach der Erneuerung mit 1,5 Millilitern YCT. Um chronische 10-Tage-Überlebens- und Wachstumstests mit der Mücke C.dilutus durchzuführen, setzen Sie jeweils 12 sieben Tage alte Tiere in vier Wiederholungen aus.Die Wiederholungen bestehen aus 300-Milliliter-Glaskolben, die 200 Milliliter Testlösung und fünf Milliliter Sand enthalten, der als Substrat für die Röhrenbildung durch die Larven dient. Erneuern Sie alle 48 Stunden 50 % der Testlösung. Füttern Sie jeden Kolben täglich mit einer zunehmenden Menge an Fischfutter-Suspension, beginnend bei vier Gramm pro Liter Fischfutter-Suspension.Nach der Zählung des endgültigen Überlebens von C.dilutus messen Sie das Wachstum der überlebenden Organismen als aschefreies Trockengewicht. Vergleichen Sie das endgültige Überleben von Ce.dubia nach 96 Stunden Exposition gegenüber Proben aus bepflanzten Gräben (Einlass und Auslass) mit ihrem Überleben in mäßig hartem Kontrollwasser, unter Verwendung eines t-Tests. Verwenden Sie dieselben Verfahren, um das endgültige Überleben von H.azteca sowie das endgültige Überleben und Wachstum von C.Dilutus zu vergleichen.Repräsentative Ergebnisse der vegetativen Behandlung von landwirtschaftlichem Bewässerungsrücklauf zeigten, dass dieses System wirksam bei der Verringerung von Pestiziden und Toxizität ist. Die durchschnittliche Chlorpyrifos-Belastung wurde bei einer Durchflussrate von 3,2 um 98 % und bei einer Durchflussrate von 6,3 Litern pro Sekunde um 94 % reduziert. Die Toxizität wurde in zwei von drei Versuchen bei der niedrigeren Durchflussrate und in einem von drei Versuchen bei der höheren Durchflussrate beseitigt.Es wurden auch Verringerungen der Toxizität sowie von Pestiziden und anderen Kontaminanten bei der Behandlung von Regenwasser mittels Bioswale beobachtet. Pyrethroid-Pestizide wurden im Regenwasser stark reduziert, und die damit verbundene Toxizität gegenüber der Asselart H.azteca nahm ebenfalls ab. Umgekehrt wurde die Konzentration von Fipronil-Sulfon durch die Bioswale-Behandlung nicht verringert, ebenso wenig wie die Toxizität gegenüber der Mücke C.Dilutus.Wasserqualitätsbehörden und Forscher verwenden aquatische Toxizitätstests, um die Fähigkeit von Oberflächengewässern zu bewerten, aquatisches Leben zu unterstützen. Daten, die durch jahrzehntelange Überwachung in Kalifornien gewonnen wurden, zeigen, dass die meisten Toxizitäten gegenüber Wirbellosen durch Pestizide verursacht werden. Umweltbehörden in Kalifornien setzen Maßnahmen um, um die Einträge von Pestiziden aus Regenwasserabfluss und landwirtschaftlichem Oberflächenabfluss zu verringern.Dazu gehört die Förderung von Behandlungssystemen, die darauf ausgelegt sind, die Einträge von aktuell verwendeten Pestiziden aus diesen Quellen zu verringern. Die visuelle Demonstration der Toxizitätstestverfahren sollte das Konzept untermauern, dass zur Überwachung der Wirksamkeit dieser Behandlungssysteme Testarten und Verfahren verwendet werden müssen, die empfindlich gegenüber aktuell verwendeten Pestiziden sind. Wir konnten zeigen, dass bepflanzte Systeme eine kosteneffiziente Lösung zur Behandlung von Pestiziden in landwirtschaftlichem Oberflächenabfluss darstellen.Es wurde gezeigt, dass die Zugabe von granulierter, aktiver Kohle an diese Systeme Rückstände von Pestiziden entfernt, die durch Vegetation nicht entfernt werden. Die Überwachung der Wirksamkeit dieser Systeme mittels gezielter chemischer Analyse und geeigneter Toxizitätstestverfahren stellt sicher, dass diese Maßnahmen aquatische Ökosysteme schützen.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Environment

Umwelt

Dieses Papier beschreibt die Planung, den Bau und die Funktion eines 1.000 m 2 Anlage mit 24 Einzel 33,6 m 2 Feldstücke zum Messen der Gesamtabflussmengen mit der Zeit und Sammlung von Abflussteilproben in ausgewählten Intervallen zur Quantifizierung der chemischen Bestandteile in der Stichwahl Wasser aus ausgestattet simulierten Hause Rasenflächen.

Design und Bau eines Stadt Abfluss Research Facility

Feld Lysimetrie und Porenwasserprobennahme Forschern erlauben, die das Schicksal von Chemikalien, um Böden und Vegetation fest angewendet zu beurteilen. Das Ziel dieses Protokolls ist es, zu zeigen, wie erforderliche Instrumentierung installieren und sammeln Proben für die chemische Analyse im integrierten Feld Lysimetrie und Porenwasser-Probenahme Experimenten.

Integrierte Feld Lysimetrie und Porenwasserprobennahme für die Bewertung von Chemical Mobilität in Böden und Vegetation Gegründet

Die mikrobielle Sulfatreduktion ist ein Prozess von großer Bedeutung in der Umweltbiotechnologie. Der Erfolg der sulfidogenen Reaktoren hängt unter anderem von der mikrobiellen Zusammensetzung des Schlamms ab. Hier stellen wir ein Protokoll zur Entwicklung von sulfidogenem Schlamm aus hydrothermalen Schlotsedimenten in einem UASB-Reaktor für reduktive Entchlorungszwecke vor.

Entwicklung sulfidogenen Schlamm aus marinen Sedimenten und Trichlorethylen Reduction in einer Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor

Hier präsentieren wir eine Methodik entspricht einer Stichprobengröße von Boden und eine hydraulische Leitfähigkeit Messgerät zu verhindern, dass die sogenannten wandströmung entlang der Innenseite des Behälters Boden in Wasser Durchflussmessungen fälschlicherweise aufgenommen zu werden. Seine Verwendung ist mit Proben von einer Abwasser-Bewässerung-Website unter Beweis gestellt.

Abwasser Bewässerung Auswirkungen auf Boden hydraulische Leitfähigkeit: Bereich Probenahme und Labor-Bestimmung der gesättigten hydraulischen Leitfähigkeit in Verbindung

Luftverschmutzung wirkt sich auf die Lebensqualität aller Organismen aus. Hier beschreiben wir den Einsatz der Mikroalgen-Biotechnologie zur Aufbereitung von Biogas (gleichzeitige Entfernung von Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff) und die Produktion von Biomethan durch semi-industrielle offene Hochraten-Algenteiche und die anschließende Analyse der Aufbereitungseffizienz, des pH-Werts, des gelösten Sauerstoffs und des Mikroalgenwachstums.

Biogasreinigung durch den Einsatz eines Mikroalgen-Bakterien-Systems in semi-industriellen Hochstrom-Algenteichen

Typha latifolia, die sich hauptsächlich asexuell über Rhizome vermehrt, stellt aufgrund ihres ausgedehnten Wurzelsystems eine Herausforderung für das Sammeln dar. In dieser Arbeit wird eine Methode zur Züchtung von T. latifolia aus Samen vorgestellt, die den Anbau im Labor erleichtert und das Potenzial für steriles Pflanzenwachstum und frühe mikrobielle Bioaugmentation bietet.

Optimierte Methode zur Kultivierung und mikrobiellen Bioaugmentation von Typha latifolia (Rohrkolben)

Aufbereitungsanlagen für Pflanzenkläranlagen werden seit Jahrzehnten zur Abwasseraufbereitung eingesetzt, aber ihre Anwendung zur Behandlung von Ölsanden, die vom Prozess betroffen sind, ist relativ neu. Um dieses Potenzial zu erforschen, werden ein Oberflächenströmungs-Mesokosmen-Design und experimentelle Methoden skizziert. Dieser Ansatz zielt darauf ab, unser Verständnis der wichtigsten Designparameter zu verbessern und die Wirksamkeit der Behandlung zu verbessern.

Mesokosmenskalige Planung von Pflanzenkläranlagen für die Abwasserbehandlung

In dieser Studie wird die Methodik für die Erzeugung von sechs verschiedenen Arten von Plasmaentladungen innerhalb eines Hyperbolischen Vortex-Plasmareaktors für den Abbau von Mikroverunreinigungen in Wasser, einschließlich Pharmazeutika und per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS), vorgestellt.

Implementierung eines hyperbolischen Vortex-Plasmareaktors zur Entfernung von Mikroverunreinigungen in Wasser

Ein Niederschlag-Simulator wurde verwendet, um eine einheitliche Rate der einheitlichen Niederschlag zu Boden verpackt Boxen in einer Studie über das Schicksal und den Transport von Harnstoff, ein diffuser Stoff Umweltkontaminant gelten. Unter gleichmäßige Boden-und Niederschlagsbedingungen Vorfeuchte Inhalt ausgeübt starke Kontrolle über Harnstoff Verlust in Oberflächenabfluss.

Ein Protokoll für die Durchführung Regen Simulation zur Bodenabfluss Studieren

Whole-Cell-Assay mit Bioreporter Burkholderia sartisoli RP037-MCHe wurde entwickelt, um Bruchteile einer organischen Verunreinigung (dh fluoren) nach den aktiven Transport von Myzelien Überbrückungsluftgefüllten Poren in einer wasser ungesättigten Modellsystem für bakteriellen Abbau verfügbar zu detektieren.

Eine ganze Zelle Bioreporter Ansatz für Transport und Bioverfügbarkeit von organischen Schadstoffen in Wasser Ungesättigte Systeme Bewerten

Erfahren Sie, wie vegetierte Behandlungssysteme Pestizide aus städtischem Abwasser und landwirtschaftlichem Abfluss entfernen. Diese Methode kombiniert chemische Analyse mit Toxizitätstests zur Bewertung der Oberflächenwasserqualität.

Vegetierte Behandlungssysteme zur Entfernung von Verunreinigungen, die mit der Oberflächenwasser-Toxizität in der Landwirtschaft und dem städtischen Abfluss verbunden sind (Video) | JoVE Journal

Vegetierte Behandlungssysteme zur Entfernung von Verunreinigungen, die mit der Oberflächenwasser-Toxizität in der Landwirtschaft und dem städtischen Abfluss verbunden sind

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