Name: Gli impatti di irrigazione delle acque reflue su conducibilità idraulica del suolo: accoppiata campo campionamento e determinazione in laboratorio della conducibilità idraulica satura (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-19T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 9 s
Description: Scopri come misurare la conducibilità idraulica del suolo prevenendo il flusso parietale. Questa tecnica di campionamento sul campo e analisi di laboratorio migliora l'accuratezza nello studio dell'inquinamento idrico.

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Gli autori vorrei ringraziare la Pennsylvania State University Office di pianta fisica per un finanziamento parziale per sostenere questo progetto. Finanziamento parziale è stato fornito anche da W-3170 il progetto di ricerca di USDA-regionale. Vorremmo esprimere la nostra gratitudine a Ephraim Govere per la sua assistenza con il lavoro di analisi. Charles Walker, cui progettazione e costruzione di competenze reso possibile per noi di condurre questo lavoro è la nostra più profonda gratitudine.

1. selezione di punti di campionamento del suolo
<ol><li>Identificare attraverso la fotografia aerea e sito visite località che hanno ricevuto l'irrigazione di acque reflue e coloro che non hanno.</li>
	<li>Selezionare diversi siti rappresentativi da cui gustare, prestando particolare attenzione alle differenze di paesaggio possibile (in particolare posizione paesaggio, come vertice, pendio, pendio di punta e depressione) sui quali acqua, suolo e piante possono interagire in modo diverso.</li>
	<li>Identificare parti del paesaggio come un vertice, pendio, pendio di punta o depressione. Classificare i siti rappresentativi in base alle loro caratteristiche principali. Nota: In questo esperimento, siti sono stati identificati come un vertice non irrigate, irrigate vertice, depressione non irrigate o irrigate depressione.</li>
	<li>Determinare il numero di posizioni e il sito di ogni posizione da cui campioni saranno prelevati da ciascun sito rappresentativo distintivo. Nota: Spesso, discussioni con uno statistico familiarità con statistiche ambientali saranno essere molto utile a questo punto e prevenire successive preoccupazioni per quanto riguarda le analisi statistiche.</li>
	<li>Inserire un flag di marcatura in ogni posizione di campione previsto e registrare la posizione dei siti campione pianificato su una mappa, utilizzando le coordinate GPS.</li>
</ol>2. raccolta dei campioni di suolo
<ol><li>Determinare l'attrezzatura che verrà utilizzato per raccogliere i campioni di suolo. Nota: per poco profondo (per esempio, meno di 300 mm di profondità) campioni di terreno, un campionatore cilindrico del suolo (complementare figura 1) delle dimensioni utilizzato per questo esperimento possono spesso essere infissa nel terreno con un maglio a caduta libera, se il terreno è abbastanza morbido. Per l'esperimento descritto qui, una perforatrice idraulica è stato utilizzato per consentire campioni di essere raccolti dalle profondità fino a 1.200 mm.</li>
</ol><img alt="Supplemental Figure 1" src="/files/ftp_upload/57181/57181SF1.jpg"> Supplemental figura 1: Drill rig utilizzata per il campionamento.
<ol start="2"><li>Trasportare l'impianto di perforazione di trivello al sito per effettuare il campionamento.</li>
	<li>Mettere su elmetti, guanti e occhiali protettivi prima di avviare l'impianto di perforazione di trivello.</li>
	<li>Alimentare l'impianto di perforazione di trivello e abbassare la testa rotante sufficientemente per permettere l'installazione della barra di Kelly. Nota: La barra di Kelly è l'asta di metallo che collega la testa di azionamento dell'impianto di perforazione di trivello al campionatore.</li>
	<li>Inserire la barra di Kelly nella testa rotante.</li>
	<li>Inserire un tubo di plastica Fodera/campione del tubo metallo campione con una testa di taglio attaccata al fondo della provetta del campione di metallo. Per l'applicazione descritta qui, utilizzare un 150 cm di lunghezza e 90 mm esterno fodera di plastica di diametro (OD) montata in un 200 mm e 100 millimetri OD/90 mm all'interno del tubo di metallo campione di diametro (ID).</li>
	<li>Fissare il tubo di metallo campione al Kelly bar utilizzando una testa di azionamento montato ad entrambi.</li>
	<li>Azionare l'impianto di perforazione di trivello per spostare la provetta del campione circa 150 millimetri nel terreno. Nota: Questo sarà fornire un campione di 100 mm sotto la fodera di plastica e consentire uno spazio di 50 mm nella parte superiore del campione di trattenere l'acqua ponded sul campione quando le misurazioni di conducibilità idraulica satura sono ottenute in laboratorio. Questo aiuterà anche evitare la compattazione il campione di terreno durante la sua collezione.</li>
	<li>Rimuovere il tubo di metallo campione dal suolo usando il sistema idraulico dell'impianto di perforazione di trivello.</li>
	<li>Rimuovere il tubo di metallo campione da testa d'azionamento. Quindi rimuovere la plastica campione tubo tenendo il campione di terreno dal tubo metallo campione, utilizzando cura per non perdere terreno all'interno del tubo di plastica del campione e non compattare il suolo o stringere i lati del tubo di plastica del campione.</li>
	<li>Inserire i tappi su ciascuna estremità del tubo di plastica del campione, utilizzando il rosso per la fine nella parte superiore del campione di terreno e nero per il fondo del campione di terreno. Nastro le testate al manicotto per evitare la contaminazione o la perdita d'acqua dal campione.</li>
	<li>Il campione viene posto in posizione verticale per il trasporto al laboratorio.</li>
	<li>Continuare campionamento alla profondità più profonda di interesse, ripetendo i passaggi 2.6 – 2,12.</li>
</ol>3. costruire una testa costante, più colonna, l'installazione di conducibilità idraulica del suolo
Nota: L'apparecchiatura di laboratorio di conducibilità idraulica è basato sul lavoro di Walker10. Esso prevede l'utilizzo di un permeametro che è costruito per separare il flusso tra il bordo esterno del campione e il cilindro contenente l'anello dal flusso attraverso la matrice suolo. L'ID di qualsiasi tubo in PVC di cui qui di seguito non è una rigorosa tolleranza. Alcuni possono adattarsi bene, mentre altri potrebbero richiedere qualche lavoro (leggera carteggiatura).
<ol><li>Ottenere un tubo di PVC 100 mm lungo, 96 mm ID/114 schedula 40 mm di diametro.</li>
	<li>Ottenere un tubo di PVC 100 mm lungo, schedula 40 73 mm ID/89 mm-OD e macchina per avere un bordo di taglio 5 mm conico. Fornire questo con una fodera di plastica 89 mm per adattarsi sopra il diametro esterno.</li>
	<li>Cut-off il fondo 20 mm del tubo PVC schedule 40 di cui al punto 3.2 e conservarlo per un uso successivo.</li>
	<li>Da un foglio di spessore di 6 mm di PVC grigio, tagliare un 155 x 155 mm2. Macchina la piazza per contenere un'apertura circolare di 60 – 70 mm al centro della piazza.</li>
	<li>Tagliare una fetta spessa di 6 mm di un tubo 73 mm OD/63 mm ID schedule 40 PVC. Nota: Uno scarico doccia 73 mm che si inserisce all'interno di un tubo di PVC 40 73 mm ID pianificazione può essere tagliato e funziona bene se un 73 mm OD programma 40 PVC tubo non è disponibile.</li>
	<li>PVC con cemento, allegare la fetta spessa 6mm di 73 mm OD PVC (dal punto 3.5) 20 mm sotto la parte superiore del PVC OD 89 mm (dal punto 3.2).</li>
	<li>Dopo che il cemento di PVC utilizzato nel passaggio 3.6 è asciugata, centrare i due cilindri di PVC sul foglio di 6 mm e allegarli al foglio di PVC con cemento.</li>
	<li>Praticare un foro nel cilindro esterno in PVC, centrato approssimativamente 15 mm sopra il quadrato in PVC grigio, per ospitare un adattatore 14 mm PVC con un fine spinato.</li>
	<li>L'adattatore al posto del PVC con cemento di cemento.</li>
	<li>Collegare un 19mm tubo plastica OD/13 mm ID all'estremità pungente dell'adattatore.</li>
	<li>Cemento il pezzo di 20 mm del PVC schedule 40 di cui al punto 3.4 alla parte inferiore del quadrato in PVC grigio, centrato sull'apertura.</li>
	<li>Ritagliare un pezzo di rete metallica 6 mm x 18 G (una guardia di gronda in acciaio zincato funziona bene per questo) 80 – 85 mm diametro circolare per inserire in PVC OD 89 mm dalla parte superiore in modo che poggi sulla fetta di 73 mm spessa 6 mm OD in PVC.</li>
	<li>Selezionare un 19 x 184 x 2.438 mm3 bordo e tagliarlo a metà, ogni lunghezza a 1.180 mm di taglio.</li>
	<li>Tagliare 6 – 125 mm fori distanziati distanti nel Consiglio di 70 mm.</li>
	<li>Collocare una rete metallica sotto i fori nel Consiglio e fissarla (per es., utilizzando una pistola della graffetta).</li>
	<li>Posizionare un 140 mm (apertura superiore) x imbuto di 19 mm (beccuccio OD) sotto la rete metallica e collegarlo alla scheda; immissione caulk adesivo sul bordo dell'imbuto per eliminare le lacune tra la parte superiore dell'imbuto e il legno.</li>
	<li>
Costruire un telaio di legno alta 750 mm per contenere la scheda con i 6 fori (vedere i passaggi 3.13 e 3.14) circa 350 mm sopra il fondo del telaio.
	<ol>
<li>Preparare i componenti di questo telaio per includere una base, due estremità del telaio, due gambe stabilizzatrici, una base di rinforzo inferiore, una base stabilizzante, un centro di stabilizzazione posteriore della scheda e un bordo posteriore superiore.</li>
		<li>Tagliare una tavola a 19 x 184 x 1.180 mm3 come base.</li>
		<li>Tagliare due schede a 19 x 184 x 750 mm3 ciascuno come estremità telaio.</li>
		<li>Tagliate due schede per creare un 19 x 184 x 600 mm3 stabilizzando la gamba su ciascuna estremità.</li>
		<li>Tagliare una tavola a 19 x 184 x 1.180 mm3 per servire come una base di rinforzo inferiore direttamente sotto la plancia con i 125 mm fori in esso (Vedi punto 3.14).</li>
		<li>Tagliare una tavola a 19 x 184 x 1.219 mm3 come base stabilizzante attaccata alla parte anteriore o posteriore dei due stabilizzando le gambe.</li>
		<li>Tagliare una tavola a 19 x 184 x 1.219 mm3 come centro di stabilizzazione posteriore della scheda.</li>
		<li>Tagliare una tavola a 19 x 184 x 1.219 mm3 come un top Torna a bordo per aggiungere ulteriore stabilità, su cui sarà allegata una grondaia. Nota: Il bordo superiore della parte posteriore e la grondaia allegata deve essere ad un'altezza tale che il fondo della grondaia è approssimativamente alla stessa altitudine, come la parte superiore del terreno nel manicotto del campione di suolo sarà quando il campione è a posto.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Supplemental Figure 2" src="/files/ftp_upload/57181/57181SF2.jpg"> Supplementare nella figura 2: Vista frontale dell'apparato di conducibilità idraulica saturata. <a href="/files/ftp_upload/57181/57181SF2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<ol start="18"><li>
Preparare le grondaie e scarichi. Nota: Ogni grondaia di plastica è di circa 120 mm di fronte e 1219 mm di lunghezza ed è dotata di protezioni di estremità.<ol>
<li>I fori nel tappo di un'estremità della grondaia di drenaggio e in una delle estremità della grondaia fornitura per ospitare una scheda di 13 mm HB x MGHT nylon spinato fine in ogni buco.</li>
		<li>Forare il tappo della grondaia per accogliere un tubo di PVC ID 25 mm per consentire di drenaggio al contenitore alimentazione alimentazione.</li>
		<li>Cemento, le connessioni PVC angolate come necessario per consentire di drenaggio dell'acqua verso il serbatoio.</li>
		<li>Taglio un 40 mm tappo fine alta grondaia per adattarsi all'interno della fornitura grondaia di circa 10 cm dalla presa del PVC-collegato.</li>
		<li>Tagliare una tacca trapezoidale nella parte superiore di quella testata che è circa 20 mm di profondità, 30 mm di larghezza nella parte inferiore e 50 mm di larghezza nella parte superiore della tacca. Nota: Questo agirà per mantenere una testa costante nella grondaia fornitura.</li>
		<li>Posizionare la grondaia di drenaggio sotto gli imbuti in modo poggia su base rinforzo inferiore della cornice di legno.</li>
		<li>Estremità della grondaia di alimentazione alla scheda posteriore superiore utilizzando ganci grondaia di vinile.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Supplemental Figure 3" src="/files/ftp_upload/57181/57181SF3.jpg"> Supplementare nella figura 3: vista della grondaia di approvvigionamento idrico. <a href="/files/ftp_upload/57181/57181SF3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<ol start="19"><li>
Preparare la sorgente di acqua.
	<ol>
<li>Collegare il tubo di plastica per le schede di fine nylon spinato in entrambi la grondaia di approvvigionamento e la grondaia di drenaggio.</li>
		<li>Posto una grande vasca idromassaggio al piano adiacente al dispositivo conducibilità costruito per servire come contenitore di alimentazione. Nota: La vasca deve essere selezionata per tenere abbastanza acqua per almeno 24 h di misurazioni.</li>
		<li>Posizionare una piccola pompa sommergibile nella vasca e collegarlo tramite tubazione di plastica all'estremità dell'ingresso della grondaia di fornitura.</li>
		<li>Collegare il piccolo tubo di plastica per le schede di fine spinato della presa a muro flusso (di cui a 3,9) e posizionare l'estremità del tubo nella grondaia drenaggio non connessi.</li>
		<li>Riempire il serbatoio con acqua.</li>
		<li>Collegare la pompa ed eseguirlo per riempire la barra di alimentazione. Garantire il tasso di acqua pompata nella grondaia alimentazione è sufficiente per mantenere la grondaia di approvvigionamento quasi completa senza fuoriuscirne.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Preparare un "campione di terreno di pratica" per identificare le modifiche necessarie.
	<ol>
<li>Inserire un campione di terreno "pratica" in un manicotto di plastica campionamento, lasciando circa 50 mm di spazio tra la parte superiore del terreno e la parte superiore del manicotto di plastica.</li>
		<li>Coprire l'estremità inferiore del campione e manica con un doppio strato di garza. Tenere la garza sulla manica di campionamento con un elastico sufficientemente grande.</li>
		<li>Inserire il manicotto e il campione di terreno di pratica in una vasca d'acqua riempito per circa 1/3 dell'altezza del manicotto, con il fine di garza stare in acqua.</li>
		<li>Dopo diverse ore, alzare l'acqua nella vasca per circa 2/3 dell'altezza del campione. Dopo che il campione impostare durante la notte, riempire la vasca a poco sotto la cima del campione di terreno (non la parte superiore della manica).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Posizionare il campione di terreno sopra il tubo di PVC OD-89mm e premere delicatamente sul tubo, permettendo il bordo affilato del tubo del PVC di premere nel terreno pochi millimetri per consentire il fondo del terreno di riposare sullo schermo. Nota: La garza sarà necessario avere l'elastico allentato per permettere questo. Si noti inoltre che la cima del suolo nella manica del campione dovrebbe essere circa il livello con la parte inferiore della grondaia fornitura e parte superiore della custodia del campione dovrebbe essere circa livello con la parte superiore della grondaia di fornitura.</li>
	<li>
Fornire l'acqua alla parte superiore del campione di terreno.
	<ol>
<li>Accendere la pompa e riempire la barra di alimentazione.</li>
		<li>Garantire l'estremità del tubo di drenaggio viene inserito nella grondaia drenaggio e l'uscita dalla grondaia drenaggio è strettamente collegata alla tubazione di plastica che viene inserita in un contenitore ad un'altitudine inferiore o scarico.</li>
		<li>Utilizzando tubi di 6 mm, creare un sifone dalla grondaia di alimentazione nella parte superiore del terreno.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Raccogliere campioni di acqua dal nucleo del suolo che drena dall'imbuto. Nota: I campioni devono essere raccolti per la lunghezza del tempo necessario per ottenere acqua sufficiente al fine di avere la precisione necessaria per l'esperimento, sulla base di criteri di ricerca.</li>
	<li>Controllare eventuali perdite o problemi imprevisti.</li>
	<li>Determinare la lunghezza approssimativa del tempo necessario per raccogliere una quantità adeguata di acqua in base al tempo necessario per riempire circa la metà un becher da 100 mL con acqua (o altro volume determinato dal team di ricerca).</li>
	<li>Creare un flusso simulato della parete del"" con l'inserimento di un piccolo cacciavite o un altro attrezzo simile lungo l'interno del contenitore del campione di terreno in plastica per confermare che la portata in eccesso creata da questo passaggio flusso alla grondaia drenaggio attraverso il tubo di drenaggio.</li>
	<li>Modificare il programma di installazione basato su eventuali problemi riscontrati in questa esecuzione pratica.</li>
</ol>4. conducibilità idraulica del terreno di ottenere valori
<ol><li>Bagnate fino i campioni di suolo che sono stati raccolti dal sito campo coprendo le estremità inferiore dei campioni con garza fissata con un elastico, seguendo le indicazioni fornite nel passaggio 3.20 per la pratica di eseguire.</li>
	<li>Avviare la pompa e consentire la grondaia di rifornimento riempire. Controllare eventuali perdite.</li>
	<li>Posizionare i campioni sul dispositivo conducibilità idraulica come fatto per la pratica di eseguire. Fare attenzione a non compattare i campioni durante la movimentazione.</li>
	<li>Impostare i tubi sifone per spostare l'acqua dalla grondaia alimentazione sulla superficie del suolo contenuto nel manicotto di plastica.</li>
	<li>Inizialmente, cominciano a raccogliere l'acqua dall'imbuto ogni 10 – 20 minuti, per ottenere un'idea di quanto tempo per prendere campioni e frequenza di prelevare campioni. I tempi di registrazione e masse/volumi di acqua in ogni momento di campione per ogni campione di terreno.</li>
	<li>Cercare campioni sequenziali contenere la stessa quantità di acqua. Dopo 3 – 5 campioni contengono la stessa quantità di acqua, il campione ha probabilmente raggiunto uno stato stazionario. Nota: Per garantire che lo stato stazionario è stato raggiunto, potrebbe essere desiderabile prendere un paio esempi aggiuntivi prevista 1h a pezzi.</li>
	<li>Utilizzare la legge di Darcy per calcolare la conducibilità idraulica satura; <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57181/57181eq1.jpg"> dove Ksat = conducibilità idraulica satura (L/T) V = volume allo stato stazionario dell'acqua che scorre attraverso il nucleo (L3) L = lunghezza del campione (L) A = area di sezione trasversale del campione del nucleo (L2) attraverso cui l'acqua scorre. Per questa configurazione, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57181/57181eq2.jpg"> T = tempo (T) (H2- H1) = differenza di testa idraulica (L); per questa configurazione, è la distanza tra la parte superiore dell'acqua ponded sulla superficie del suolo e la parte inferiore del campione di terreno.</li>
</ol>

<ol><li>Kolpin, D. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pharmaceuticals%2C+hormones%2C+and+other+organic+wastewater+contaminants+in+U.S.+streams%2C+1999-2000%3A+a+national+reconnaissance%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Pharmaceuticals, hormones, and other organic wastewater contaminants in U.S. streams, 1999-2000: a national reconnaissance.</a> Environmental Science & Technology. 36 (6), 1202-1211 (2002).</li>
<li>Duan, R., Sheppard, C. D., Fedler, C. B. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s11270-009-0290-7">Short-term effects of wastewater land application on soil chemical properties.</a> Water, Air, & Soil Pollution. 211 (1-4), 165-176 (2010).</li>
<li>Frenkel, H., Goertzen, J. O., Rhoades, J. D. <a target="_blank" href="https://dl.sciencesocieties.org/publications/sssaj/abstracts/42/1/SS0420010032">Effects of clay type and content exchangeable sodium percentage, and electrolyte concentration on clay dispersion and soil hydraulic conductivity.</a> Soil Science Society of America Journal. 42 (1), 32-39 (1978).</li>
<li>Goncalves, R. A. B., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706107000407">Hydraulic conductivity of a soil irrigated with treated sewage effluent.</a> Geoderma. 139 (1-2), 241-248 (2007).</li>
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<li>Franklin, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Antibiotics+in+agroecosystems%3A+introduction+to+the+special+section%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Quality%22%5BJournal%5D)">Antibiotics in agroecosystems: introduction to the special section.</a> Journal of Environmental Quality. 45 (2), 377-393 (2016).</li>
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</ol>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

La capacità di raccogliere campioni di terreno indisturbato, sul campo e ottenere i relativi valori di conducibilità idraulica è importante per ottenere dati rappresentativi di un sito. Al fine di meglio rappresentare condizioni di campo, è importante utilizzare campioni di terreno che rimangono in un rappresentante dello stato fisico del loro ambiente nel campo. Campioni di suolo raccolti da un sito di campo che poi sono disturbati da sottocampionamento o gestendo compattazione indotta, ad esempio, sperimenteranno cambi...

Scarico di acque reflue trattate dai comuni in flussi è stata una pratica standard per decenni. Tali acque reflue vengono trattate principalmente allo scopo di ridurre il potenziale di consumo di ossigeno biologico da microrganismi nelle acque del ricevente, come conseguenza dell'effluente di scarico delle acque reflue. Consumo di ossigeno da microrganismi degrada materiali organici nelle acque reflue riducendo i livelli di ossigeno nel corpo idrico in cui l'effluente viene scaricata e quindi danno gli organismi acquatici, compresi i pesci.
Negli ultimi decenni le preoccupazioni hanno sviluppato correlate ai nutrienti inorganici, alcuni metalli e altre sostanze chimiche all'interno delle acque reflue che creare danni. A causa di uno studio pubblicato da Kolpin et al. 1, si è evoluto una maggiore focalizzazione su una gamma di prodotti chimici non precedentemente considerati. Questo studio, pubblicato da the United States Geological Society, ha sensibilizzato per quanto riguarda la vasta gamma di prodotti di cura personale e altre sostanze chimiche nei fiumi e nei torrenti attraverso gli Stati Uniti dovuto scaricare da impianti di trattamento delle acque reflue.
Dal 1960, ricercatori presso la Penn State University hanno studiato e sviluppato una pratica alternativa delle acque reflue di scarico alquanto singolare in una regione umida. Piuttosto che scarico trattato delle acque reflue in un flusso, e quindi direttamente impattante la qualità dello stream, l'effluente viene applicato per le foreste e la terra ritagliata gestito dall'Università. Questo campo di applicazione, soprannominato "The Living filtro", attualmente accetta tutti gli effluenti di acque reflue generato dal campus ed alcuni dal comune. Questo riduce la probabilità di sostanze nutritive in eccesso di entrare flussi che trasportano acqua della baia di Chesapeake, protegge la pesca locale con acqua fredda dagli scarichi di acque reflue caldo che è dannoso per i pesci e impedisce la consegna di altri prodotti chimici contenute nelle acque reflue da contattando direttamente gli ecosistemi acquatici.
Tuttavia, ci sono sempre le conseguenze dei cambiamenti di comportamento, e questa struttura di uso alternativo non è immune da tale. Questioni sono state sollevate per quanto riguarda se l'applicazione dell'effluente delle acque reflue ha influenzato negativamente la capacità del suolo per permettere all'acqua di infiltrarsi il suolo superficiale2,3,4,5 e ha causato una maggiore deflusso, Se c'è una possibile contaminazione dei pozzi locali con prodotti chimici (sostanze nutrienti, gli antibiotici o altri composti farmaceutici, prodotti di cura personale) contenuti nell'effluente delle acque reflue, e se quelle sostanze chimiche stanno creando negativi impatti ambientali, ad esempio attraverso l'assorbimento di sostanze chimiche in piante6 cresciuta sul sito, o lo sviluppo di resistenza agli antibiotico in organismi7 presso il sito di suolo.
A seguito di alcune di queste preoccupazioni, questo studio è condotto per determinare l'impatto dell'irrigazione dell'effluente di acque reflue su conducibilità idraulica del suolo a saturazione. L'approccio utilizzato prevede la raccolta di suoli da siti selezionati sia all'interno che all'esterno della superficie irrigata e la dimensione di contenitore del campione di terreno con la configurazione del laboratorio di corrispondenza. È importante per il contenitore del campione di terreno per adattarsi l'apparecchio da laboratorio e per l'acqua che si muove verso il basso attraverso la matrice suolo nel campione da separare dall'acqua che si muove verso il basso fra il terreno e il contenitore del campione di suolo. Il protocollo descrive come l'apparecchiatura di laboratorio è costruito per garantire che ciò si è verificato.
Campioni di terreno vengono acquisiti utilizzando un campionatore di carotiere idraulico collegato a un trattore. Carote di terreno vengono raccolti da aree selezionate nel paesaggio ondulato e conservato in una custodia di plastica inserita il campionatore di nucleo del suolo. Questi nuclei vengono raccolti da un terriccio di limo Hagerstown, situato in una posizione di vertice paesaggio o in una zona depressional. Sei vertici rappresentativi e sei siti depressional sono provati dalla superficie irrigata (un totale di 12 siti di campionamento di superficie irrigata). Inoltre, tre vertici e tre siti depressional vengono campionati da un'area adiacente, non irrigate (un totale di sei siti irrigua). Un massimo di sei core è raccolti in ogni sito per una profondità massima di circa 1.200 mm, con ciascun campione di nucleo essendo lunga circa 150 mm (100 mm del campione essendo contenuto nel manicotto di plastica e 50 mm essendo contenuta nella testa di taglio del metallo campionatore ). Dopo la rimozione il campionatore del metallo, le buste di plastica con i torsoli di suolo raccolti sono dotati di tappi, trasportato in posizione verticale per il laboratorio e conservati in posizione verticale fino a quando non vengono utilizzati per determinare la conducibilità idraulica satura. Contemporaneamente, vengono raccolti campioni di terreno ad ogni profondità per la determinazione del suolo e le concentrazioni di soluzione del suolo di calcio (Ca), magnesio (Mg) e sodio (Na) utilizzando un'estrazione Mehlich 3 per le stime del terreno concentrazioni8 e acqua deionizzata gli estratti presenti in un rapporto di 1:2 di terreno massa: acqua massa. Le analisi chimiche degli estratti dell'acqua sono state ottenute da Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy (ICP-AES) e sono state utilizzate per calcolare il rapporto di adsorbimento del sodio (SAR).
La determinazione della conducibilità idraulica satura avviene principalmente mediante un costante metodo testa9. Una soluzione contenente Ca e Na sali per imitare degli effluenti conducibilità elettrica (EC) e SAR dell'effluente viene creato in modo che il terreno sarà esposto all'acqua variabili di qualità simile a acque reflue applicata in campo. In questo caso, la CE è 1,3 dS/m e il SAR è 3, riflettendo la CE ed il SAR dell'effluente negli ultimi anni prima del periodo di campione. [Tecnicamente, le unità per il SAR sono (milliequivalenti/litro)½ e non sono di solito identificate nella letteratura].
La modifica del metodo di testa costante di Klute e Dirksen9 è lo sviluppo di un separatore di flusso da Walker8 per impedire il flusso attraverso la colonna che si è verificato di fuori della matrice suolo venga inclusa nella stima del suolo idraulico conducibilità. Il separatore di flusso è costruito utilizzando tubi di cloruro di polivinile (PVC) selezionati e lavorati per abbinare la dimensione del campione di suolo. Uno schermo supporta il campione di terreno e permette all'acqua che è spostato attraverso la matrice suolo di fluire fuori la parte inferiore del campione. Una seconda presa emette l'acqua che ha fluito giù all'interno del manicotto in plastica, eliminando il cosiddetto "muro flusso" in modo non corretto venga inclusa nella stima della quantità di acqua che si muove attraverso la matrice suolo.

<table><tbody><tr><td>Attrezzatura di campionamento: </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Soil Sampler Drill Rig</td><td>Giddings Machine Co. Inc</td> <td># 25-TS / Modello HDGSRTS</td> <td>* NOTA: Questo modello è paragonabile al modello che abbiamo utilizzato ma che non è più prodotto</td></tr><tr><td>Kelly Bar</td><td>Giddings Machine Co. Inc</td><td>#KB-208 8 Ft. Kelly Bar</td><td></td></tr><tr><td>Soil Sample Collection Tube</td><td>Giddings Machine Co. Inc</td><td>#ZC-180 4-3/4" X 7-1/4"</td><td></td></tr><tr><td>Tubo di raccolta del terreno Bit</td><td>Giddings Machine Co. Inc</td><td>#ZC-190 4-3 / 4 " Fodera</td> in plastica standard <td></td></tr><tr><td>per campione di terreno</td><td>Giddings Machine Co., Inc#ZC-208</td> <td>3-5/8 "x 6"</td><td>Sufficiente per il numero di campioni raccolti</td></tr><tr><td>Tappi terminali neri a per il fondo delle fodere dei campioni</td><td>Giddings Machine Co. Inc</td><td></td><td>Per conservare i campioni nelle fodere</td></tr><tr><td>Tappi terminali rossi a per la parte superiore delle fodere dei campioni</td><td>Giddings Machine Co. Inc</td><td></td><td>Per conservare i campioni nelle fodere</td></tr><tr><td>Cassa</td><td></td><td></td> più fredda <td>Conservare e mantenere i campioni in posizione verticale nelle fodere dei campioni durante il trasporto dal campo all'attrezzatura</td></tr> <tr><td>di protezione laboratorio: </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Elmetti, occhiali e guanti</td><td></td><td></td><td>altri articoli necessari per la protezione personale</td></tr><tr><td>Sega</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Trapano e punte</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>PVC Cemento</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>da 6 a 8, tavole da 19 mm x 184 mm x 2.438 mm</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>2 - Raccordi spinati; 13 mm HB x MGHT</td><td></td><td></td><td>per collegare i tubi di plastica alla grondaia di alimentazione e alla grondaia di drenaggio</td></tr><tr><td>6 - raccordo</td><td></td><td></td> spinato <td>per collegare i tubi di plastica al cilindro esterno in PVC per consentire il drenaggio dell'acqua</td></tr><tr><td>Tubi in plastica lunghi 3.000 mm, diametro esterno 19 mm / diametro interno 13 mm 6</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>pezzi</td><td></td><td></td> <td>di rete circolare con diametro 85 mmPuò essere tagliato da (ad es. ) una rete metallica lunga 600 mm e calibro 6 mm x 18 (ad es. protezione per grondaie in acciaio zincato)</td></tr><tr><td>Tubo in PVC Schedule 40 - 96 mm ID / 114 mm OD</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tubo in PVC Schedule 40 - 73 mm ID / 89 mm OD</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tubo in PVC Schedule 40 - 63 mm ID / 73 mm OD, O 6 - Scarichi</td><td></td><td></td><td></td>doccia in plastica da 73 mm</tr><tr><td>Tubo in PVC Schedule 40 - 25 mm ID</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>6, 6 mm di spessore x 155 mm fogli quadrati di PVC</td><td></td><td></td><td>È possibile acquistare 2 fogli da 6 mm x 300 mm (appx) per circa $ 20 ciascuno da:</td></tr><tr><td>https://www.interstateplastics.com/Pvc-Gray-Sheet-PVCGE~~SH.php?vid=20180212222911-7p 6 imbuti</td><td></td><td></td> <td>in plastica da 140 mm per 19 mmPer dirigere l'acqua che scorre dal campione di terreno nel becher di raccolta</td></tr><tr><td>Mastice</td><td></td><td></td><td></td>adesivo</tr><tr><td>1 - lunghezza di 150 mm x 1.200 mm tela</td><td></td><td></td> metallica <td>4 maglie funziona bene</td></tr><tr><td>2 - 120 mm x 1.219 mm grondaia in plastica con tappi</td><td></td><td></td><td></td>terminali</tr><tr><td>4 - ganci per grondaie</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>1 - tappo</td><td></td><td></td> <td>terminale aggiuntivo per grondaieDa tagliare come descritto nelle procedure per creare una testa costante nella grondaia di alimentazione</td></tr><tr><td>1 - grande vasca</td><td></td><td></td> di plastica <td>Appx 65 L in volume, ad esempio, per fungere da fonte d'acqua per la procedura di conducibilità idraulica</td></tr><tr><td>1 - grande vasca</td><td></td><td></td> di plastica <td>Per servire per bagnare campioni di terreno</td></tr><tr><td>1 - Pompa</td><td></td><td></td> sommergibile<td>ad es. Beckett M400 AUL o M400 AS</td></tr><tr><td>Tubi</td><td></td><td></td> di plastica <td>Tubi di drenaggio di varie dimensioni, tubo di alimentazione dell'acqua e scarico dalla grondaia</td></tr><tr><td>di drenaggio Contenitore di garza</td><td></td><td></td><td>Da posizionare sul fondo del campione di terreno aiuta a trattenere il terreno nel contenitore del campione di plastica durante la conduttività idraulica e la bagnatura</td></tr><tr><td>Elastici</td><td></td><td></td><td>Abbastanza grande da adattarsi perfettamente ai rivestimenti dei campioni in plastica</td></tr><tr><td>Scala che misura fino ad almeno 0,1 g</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Becher o altro contenitore per raccogliere l'acqua da ogni campione</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cloruro</td><td></td><td></td> di sodio <td>Per creare una qualità dell'acqua simile a quella che viene tipicamente applicata al suolo</td></tr><tr><td>Cloruro</td><td></td><td></td> <td>di calcioPer creare una qualità dell'acqua simile a quella che viene tipicamente applicata al suolo</td></tr></tbody></table>

gli impatti di irrigazione delle acque reflue su conducibilità idraulica del suolo: accoppiata campo campionamento e determinazione in laboratorio della conducibilità idraulica satura

Wastewater Irrigation Impacts on Soil Hydraulic Conductivity: Coupled Field Sampling and Laboratory Determination of Saturated Hydraulic Conductivity

Dal 1960, una pratica di scarico di acque reflue alternativo presso la Pennsylvania State University è stata studiata e suoi impatti monitorati. Piuttosto che scarico trattato delle acque reflue in un flusso e quindi direttamente incidono sulla qualità del flusso, l'effluente viene applicato a boscose e ritagliato terreni gestiti dall'Università. Preoccupazioni relazionate alle riduzioni in conducibilità idraulica del suolo si verificano quando si considera il riutilizzo delle acque reflue. La metodologia descritta in questo manoscritto, corrispondenti dimensioni campione del terreno con le dimensioni dell'apparato di misura basati su laboratorio conducibilità idraulica, offre i vantaggi di una relativamente rapida raccolta di campioni con i benefici della controllata condizioni al contorno di laboratorio. I risultati indicano che ci può essere stato qualche impatto di riutilizzo delle acque reflue sulla capacità del suolo di trasmettere acqua a profondità più profonda nelle aree depressional del sito. La maggior parte delle riduzioni della conduttività idraulica del suolo nelle depressioni sembrano essere collegati alla profondità da cui il campione è stato raccolto e, dall'illazione, connessi con le differenze strutturali e tessiturali di suolo.

Per studiare la domanda di se l'applicazione di effluente di acque reflue presso il sito di vivere filtro ha avuto un impatto la capacità del suolo di trasmettere l'acqua, abbiamo condotto esperimenti per misurare la conducibilità idraulica satura dei terreni. Abbiamo confrontato la conducibilità idraulica dei suoli da aree irrigue del sito con quelli in zone non irrigate del sito. L'impatto dell'effluente di acque reflue sulla conduttività idraulica del terreno è una questione di preoccu...

Qui presentiamo una metodologia che corrisponde a una dimensione del campione di terreno e un dispositivo di misurazione della conducibilità idraulica per impedire il flusso del cosiddetto muro lungo la parte interna del contenitore del terreno venga erroneamente inclusa in misure di flusso di acqua. Il suo utilizzo è dimostrato con i campioni raccolti da un sito di irrigazione delle acque reflue.

Gli impatti di irrigazione delle acque reflue su conducibilità idraulica del suolo: accoppiata campo campionamento e determinazione in laboratorio della conducibilità idraulica satura

Since the early 1960s, an alternative wastewater discharge practice at The Pennsylvania State University has been researched and its impacts monitored. ...

Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave in campo ambientale, ad esempio se una particolare attività terrestre comporterà una maggiore contaminazione delle acque superficiali o sotterranee. Il vantaggio principale di questa tecnica è che ci impedisce di sovrastimare la velocità di movimento dell'acqua attraverso il suolo a causa di quello che chiamiamo flusso a parete. Dopo aver dimostrato il lavoro sul campo presso l'impianto di perforazione, Melissa Miller, una studentessa laureata nel nostro laboratorio, dimostrerà le attività di laboratorio.Per raccogliere campioni di terreno, indossare prima elmetto, guanti e occhiali protettivi prima di avviare il carro di perforazione. Accendere il carro di perforazione e abbassare la testa rotante a sufficienza per consentire l'installazione della barra Kelly. La barra Kelly è l'asta metallica che collega la testa motrice del carro di perforazione al campionatore.Inserire la barra Kelly nella testa rotante. Inserire un tubo del campione con rivestimento in plastica nel tubo del campione in metallo con la testina di taglio attaccata alla parte inferiore del tubo del campione in metallo. Per l'applicazione qui descritta, utilizzare un rivestimento in plastica lungo 150 millimetri con un diametro esterno di 90 millimetri inserito in un tubo per campioni in metallo lungo 200 millimetri con un diametro esterno di 100 millimetri e un diametro interno di 90 millimetri.Fissare il tubo del campione di metallo alla barra Kelly utilizzando una testa di azionamento montata su entrambi. Azionare il carro di perforazione per spostare il tubo del campione di circa 150 millimetri nel terreno. Rimuovere il tubo del campione metallico dal terreno utilizzando il sistema idraulico del carro di perforazione.A questo punto rimuovere il tubo metallico del campione dalla testa di azionamento. Rimuovere il tubo di plastica che contiene il campione di terreno dal tubo di metallo. Fare attenzione a non perdere terra dall'interno del tubo del campione di plastica e a non compattare il terreno o schiacciare i lati del tubo del campione di plastica.Posizionare i cappucci terminali su ciascun lato del tubo del campione di plastica utilizzando il rosso per l'estremità della parte superiore del campione di terreno e il nero per la parte inferiore del campione di terreno. Fissare i cappucci terminali al manicotto per evitare la contaminazione o la perdita di acqua dal campione. Infine, posizionare il campione in posizione verticale per il trasporto in laboratorio.Costruire l'apparato di conducibilità idraulica satura come descritto nel protocollo di testo. Per preparare la fonte d'acqua, collegare prima il tubo di plastica agli adattatori terminali con spine in nylon sia nella grondaia di alimentazione che nella grondaia di drenaggio. Posizionare una grande vasca sul pavimento adiacente al dispositivo di conducibilità predisposto per fungere da contenitore di alimentazione.Quindi collegare il grande tubo di plastica all'ingresso di una piccola pompa sommersa e posizionare la pompa sul fondo della vasca. Quindi collegare il piccolo tubo di plastica agli adattatori dell'estremità spinata e inserire l'estremità non collegata del tubo nella grondaia di drenaggio. Ora riempi d'acqua il contenitore di alimentazione.Collegare la pompa e farla funzionare per riempire la grondaia di alimentazione. Assicurarsi che la velocità di pompaggio dell'acqua nella grondaia di alimentazione sia adeguata per mantenere la grondaia di alimentazione quasi piena senza traboccare. Preparare un campione di terreno per la pratica per identificare eventuali modifiche necessarie inserendo un campione di terreno in un manicotto di campionamento di plastica, lasciando circa 50 millilitri di spazio tra la parte superiore del terreno e la parte superiore del manicotto di plastica.Coprire l'estremità inferiore del campione e la manica con un doppio strato di garza. Tenere la garza sul manicotto di campionamento con un elastico di dimensioni sufficienti. Quindi è anche importante assicurarsi che i campioni siano pre-bagnati dal basso piuttosto che dall'alto, poiché la bagnatura dall'alto provocherà l'intrappolamento dell'aria nei pori del suolo e i risultati non saranno rappresentativi.Metti il campione di terreno e la manica in una vasca d'acqua riempita a circa un terzo dell'altezza della manica con la garza e che si trova nell'acqua. Diverse ore dopo, sollevare l'acqua nella vasca a circa due terzi dell'altezza del campione. Dopo aver lasciato riposare il campione per una notte, riempire la vasca appena sotto la parte superiore del campione di terreno.Ora posiziona il campione di terreno sopra il tubo in PVC di 89 millimetri di diametro esterno. Premerlo delicatamente sul tubo permettendo al bordo affilato del tubo in PVC di premere nel terreno di alcuni millimetri per consentire al fondo del terreno di appoggiarsi sullo schermo. È importante che il bordo affilato prema nel terreno per alcuni millimetri, ma che non venga premuto così forte da compattare il campione di terreno.Fornire acqua alla parte superiore del campione di terreno. Accendere la pompa e riempire la grondaia di alimentazione. Assicurarsi che l'estremità del tubo di drenaggio sia posizionata nella grondaia di drenaggio e che l'uscita dalla grondaia di drenaggio sia strettamente collegata al tubo di plastica che è posizionato in uno scarico o in un contenitore a un'altezza inferiore.Utilizzando tubi da sei millimetri, creare un sifone dalla grondaia di alimentazione alla parte superiore del terreno. Quindi è importante che la profondità dell'acqua sopra il terreno nel tubo del campione non superi il tubo. In tal caso, sarà necessario aggiungere un'estensione in alto o in basso.Ora raccogli campioni d'acqua dal nucleo del terreno che drena dall'imbuto. Verificare la presenza di perdite o problemi imprevisti. Determinare il tempo approssimativo necessario per raccogliere una quantità adeguata di acqua in base al tempo necessario per riempire d'acqua circa mezzo bicchiere da 100 millilitri.Creare un flusso di parete simulato inserendo un piccolo cacciavite lungo l'interno del contenitore di plastica del campione di terreno per confermare che il flusso in eccesso creato da questo passaggio fluisca verso la grondaia di drenaggio attraverso il tubo di drenaggio. Procedere all'ottenimento dei valori di conducibilità idraulica del suolo come dettagliato nel protocollo di testo. Vengono mostrati i risultati rappresentativi delle diminuzioni della conducibilità idraulica osservate all'aumentare della profondità del suolo sia in aree irritate che non irrigate.Ci si aspettava che le aree irrigate riflettessero una conduttività leggermente più elevata vicino alla superficie rispetto alle aree non irrigate. Ciò è dovuto all'aumento osservato della densità delle piante e delle radici delle piante nelle aree irrigate, creando spazi porosi più ampi per il movimento dell'acqua attraverso i canali radicali decomposti nel terreno. Sebbene non siano state osservate differenze tra le conducibilità idrauliche del suolo nelle aree irrigate rispetto a quelle non irrigate, vi erano chiaramente differenze nei rapporti di assorbimento del sodio tra queste aree.È chiaro che il SAR è stato un fattore molto importante che ha avuto un impatto sulla conducibilità idraulica. Questa cifra dimostra che esiste una forte relazione tra la profondità del suolo e la soluzione SAR del suolo per le aree depressionali irrigate. Ciò è probabilmente dovuto sia a una forte correlazione tra la profondità del suolo e la SAR della soluzione del suolo sia, in una certa misura, a una diminuzione di Ksat con un aumento della profondità.Una volta che l'apparecchiatura è costruita per contenere campioni tipici, questa tecnica può essere eseguita per qualsiasi periodo di tempo necessario per raggiungere condizioni di flusso d'acqua costanti senza la necessità di essere presenti per tutto il tempo. Durante l'esecuzione di questa procedura è importante ricordare di abbinare la qualità dell'acqua alle condizioni a cui il suolo è esposto nell'ambiente naturale. Ad esempio, l'acqua piovana ha una composizione chimica molto diversa rispetto alle acque reflue.Dopo aver visto questo video dovresti avere una buona comprensione di come evitare che il cosiddetto flusso delle pareti crei stime non rappresentative e artificialmente alte della velocità con cui l'acqua si muove attraverso il suolo. Non dimenticare che lavorare con attrezzature pesanti sul campo può essere estremamente pericoloso. Precauzioni come avere sempre una seconda persona che ti accompagna e l'uso di dispositivi di protezione individuale sono sempre la procedura standard.

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Gli impatti di irrigazione delle acque reflue su conducibilità idraulica del suolo: accoppiata campo campionamento e determinazione in laboratorio della conducibilità idraulica satura (Video) | JoVE Journal

Gli impatti di irrigazione delle acque reflue su conducibilità idraulica del suolo: accoppiata campo campionamento e determinazione in laboratorio della conducibilità idraulica satura

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