排水のイベント中に水の流れ加重と農業用水路から浮遊微粒子をキャプチャ

サマリー

粒子形態の栄養素は、農業集落排水処理水の全体的な負荷に大きく貢献できます。本研究では、排水のイベントの期間全体にわたって水の流れ加重とファーム運河排水から浮遊微粒子をキャプチャする手法について説明します。

要約

本研究の目的は水の流れ加重をキャプチャに使用するメソッドを記述して、排液中にファーム運河から浮遊微粒子放電イベント。ファーム運河は、トランスポートに影響されやすい、リン (P) などの栄養が濃縮することができます。浮遊微粒子の形でリンは、排水中の全体的な P 負荷に大きく貢献できます。離散排水イベント中に浮遊微粒子をキャプチャする整定時間の水槽実験を行った。ファーム運河放電水が排出されて水の複合サブサンプルを表すために、排水イベントの期間全体にわたって 2 つの 200 L 沈降タンクのシリーズで収集されました。Imhoff セトリング コーン、最終的に中断された微粒子を沈降する使用されます。これはコーンによる沈降タンクからサイフォン水によって達成されます。微粒子は、物理化学的解析、収集されます。

概要

運命と浮遊粒子状物質の輸送、農業システム^1,2の特に富栄養化におけるその役割のための多くの研究の対象とされています。内部の栄養素のサイクリングなど、多くの環境問題を調査し、覆う水列³にリリースする必要がある水生システム内で粒子状物質に含まれる栄養素の総合的な評価基板の安定性、水の列、および最終的に下流生態系⁴水品質問題内で光の可用性。(有機物・堆積物) の微粒子の形態で保存されているリン (P) の量は、水の列⁵の通常よりも大きいです。ケニーらによって行われた調査。⁶は、湖 Lochloosa、フロリダ州で堆積した堆積が 1900 年の年齢範囲と 2006 年の間あったことを示した。これらの若い堆積物には、水の列に存在していたよりも約 55 倍の P が含まれています。特定のシステム上の微粒子があります潜在的な影響を評価する方法の 1 つは排水イベント時に排出される土砂に格納されているリンの定量のインベントリを実施します。これら排出微粒子の収集と分析によって、下流の肥沃化に敏感な生態系への影響を見積もることができます。

嵐のイベントは通常、時間のごく一部を表してまだ P 負荷放電農業用排水路の大部分を貢献するかもしれない。これフィールドの洪水を防ぐために大量の水は時間の短い期間にわたって排出されるためです。降雨強度と流れが重要な陸路流出⁷浮遊堆積物の濃度を制御することができます要因を駆動します。設計メソッドを監視フロー加重複合水サンプルをキャプチャする複雑な高強度の雨のイベントに関連付けられたエラーを避けるために役立つでしょう。嵐のようなイベントで高吐出中、濃度の迅速かつ抜本的な変化は増加量の平均の汚染物質濃度の代表できない場合があります。したがって、流れ加重水試料はこれまでより正確に⁸時間の期間にわたって荷重の総和である放電イベントの濃度を表します。最も一般的なフロー加重サンプルは、自動的に収集される離散またはコンポジット サンプルです。ファームからエクスポートされた浮遊微粒子をキャプチャすることにより放電時排水 P ロード中にイベントの重大度を定量化することをことができます。メソッドは、この研究によりキャプチャで様々 な物理・化学的性質の後で特徴付けられる微粒子を説明します。グラブ サンプリング対連続複合フロー法を用いた排水放電をサンプリングの目新しさは、排水イベントの期間全体にわたってフィールドの条件のより良い表現であることです。グラブ サンプリング時間の「スナップショット」は、完全にことができないのに対し、全体イベント効果を表します。

米国南フロリダのエバーグレーズ農業エリア (EAA) はチャネル化され、農業、商業および住宅の開発のため排水元のエバーグレーズの広大です。ほぼから、南と東南⁹EAA、11 億 m³の水を毎年排出されます。EAA の土壌は、通常が含まれます Histosols 35% 鉱物コンテンツ¹⁰より小さいオーバー 85% 有機重量問題、あります。運河の堆積物は通常 (0.14 g cm^-3 0.35 g cm^-3)、間低嵩密度を持っている (31-35%) の高い有機物含有量と 726-1,089 mg kg^{-1 11}間に及ぶ合計 P (TP) 値。

このデモでは、EAA 内ファームが選ばれました。EAA 内の水の流れの hydroscape は、ポンプと重力によって異なります。少なくとも 1 つの主要な運河の EAA の各ファーム構成と複数フィールド溝。フィールドは、主要な運河に垂直に実行を溝します。ポンプは通常二つの目的を提供します。彼らは、ファームを灌漑水を提供、また排水オフサイトを放電します。フィールドは、排水する必要がある、主要な運河の水位が下がるし、動水勾配によって駆動される、溝に排水をフィールドから。フィールドにトランジットの土壌断面を通過するフィールドで発生する降雨の表面のほとんどでのみわずかな傾斜のための溝します。 灌漑、中にシステムが逆になります。EAA のタイル排水のネットワークはありません。地下水は、土壌石灰岩岩盤下っ端の拘束層による特定の高さで維持されます。 水は主要な運河; を通じて持ち込まれました。フィールド溝を満たした状態で、フィールドの水テーブルのレベルを高めるために地盤に浸透することを許されます。通常、3 月、4 月、5 月 (乾燥する季節)、中には、非常に小さな排水放電で EAA で農業用水の需要が発生します。対照的に、6 月と 10 月 (雨季) 退院水量が有意に高かったです。運河銀行小段および溝の存在は、ファームに P ロードの潜在的なソース運河¹²表面流出を最小限にできます。

この視覚の実験で P 分別^{13、有機物含有量、密度などの物理化学的特性の後で使用することができます排水イベント中に浮遊微粒子の流れ加重をキャプチャの新手法を提案します。 ,14}。

プロトコル

1 データロガー インストールと働き

1. の研究農場を識別および運河のレベルを監視する必要がある流れの比例的に複合フロー サンプルを収集するために、オートサンプラーをトリガーするデータロガーをインストール。ポンプ ヘッド回転およびポンプ校正式
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図 1: イスコ サンプラー プログラム自動サンプリングするために使用複合排水と微粒子の手順水サンプリング。 この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

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3. ポンプ ステーションに隣接して流入・流出管に取り付けられている圧力トランスデューサーを使用してファームの運河のレベルを監視します
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4. モニター ポンプは、ポンプの頭の上にインストールされている近接スイッチを使用して高速化; 回転/分 (rpm) の速度がデータロガーによって記録されます
   。 注: 近接スイッチ部分は、金属のときに渡された互いの上数 rpm の数。彼らはポンプ頭部に溶接されます
。
5. 転換を用いた測定降雨バケツの雨量計データロガーに接続されている
   。 注: データロガーは、UF/IFAS エバーグレーズの研究および教育センターである基本ラジオ局ラジオ テレメトリで通信します。テレメトリはサンプルのコレクションを制御するため、データの収集とストレージに対してのみ必要ではありません
。

2。排水水サンプリングの流れ加重

1. 各ポンプ用データロガーとポンプ校正式を使用して計算する冷気流。トリガー流出量が達成された後、データロガーによって作動されるオートサンプラーで排水フロー加重サンプリングを実現します
   。 注: ポンプ速度と流れ料金は、24 時間以上異なります。イスコ サンプリングは、排水量、速度を変えない量によってトリガーされます。オートサンプラーは水の一定量の放電後サブのサンプルを収集するためにプログラムされます。湧水量はポンプの rpm の数に基づいて校正されています
。
2. サンプラーを用いた、その場で 自動ポンプ ステーションである複合水サンプル (最低 500 mL) を収集し、排水のイベント中に毎日複合水サンプルをキャプチャするプログラムします
   。 注: イスコ サンプラーは 400 まで 2 分ごと 2 L サンプルは、データロガー経由で迂回管を使用して貯水タンクに羽毛のある l.
3. プログラム サンプル トリガー ボリューム 24 時間あたり 30 サンプルの最大を許可する放電期間。
   1. 次の手順で複合フロー サンプルを収集するデータロガー プログラム: 入力プログラム → プログラム → フロー ベース ・ サンプリング → サンプルごとの 1 パルス → 30 複合サンプル → 130 mL 試料体積 → 調整サンプル ボリューム [いいえ] → [いいえ] の開始時刻を入力 → 完全なシーケンスをプログラムします
   。
4. 収集・運搬は氷入りのクーラーの分析の実験室に戻るまで 4 ° C でオンサイト冷蔵庫で流れ加重合成サンプルを格納します
。
5. は、水溶性の反応 P サンプル コレクションの時から 24 時間以内の水試料を分析します。合計 P (TP) 分析のための試料を酸性化し、最大 28 日間 ¹⁵ の 4 ° C で保存することができます
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3。浮遊粉じんをキャプチャ

1. キャプチャし浮遊微粒子を特徴付ける排水期間の期間にわたってファーム運河放電水を収集するために 2 つの 200 L PVC 沈降タンクの系列を配置します。
   1. 浮遊微粒子を収集するデータロガーは、次の手順でサンプル プログラム: プログラム → タイム ・ ベース ・ サンプリング → 2 分ごとのサンプル → 複合サンプル [200] → 校正サンプル ボリューム [いいえ] → 開始時刻を入力して [いいえ]→ のシーケンスが完了 → サンプリング ボタンをプッシュします
   。
2. 24 h コレクション期間にわたって水の量に基づいて設定タンク (2 L 2 分ごと) に流れ加重排水を収集します

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図 2: 2 200 L タンク排水を収集するために使用します。浮遊微粒子がタンクの底に沈降して 5 ガロンのバケツで転送されます。 この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

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3. 微粒子、タンクに定住し始めると、ホースを使用して余分な水を吸い上げるです
。
4. 5 ガロンのバケツに微粒子を移転、研究室に戻ってそれらを輸送、4、冷蔵庫にそれらを置く ° C
5. サイフォン 24 h のためにセトリングした後余分な水分をオフし、コーンをセトリング Imhoff に微粒子を転送します
。
6. 粒子が 4 でストレージの 500 mL をあらかじめ重量を量られたねじ上の瓶に転送される前に 1 つの最後の時間の余分な水を吸い上げる後少なくとも 1 時間のためにセトリング、° C
7. 粒子サンプル瓶の重量を量ます
。
8. ヘドリー、スチュワートの ¹⁴ のとおりリン分画解析を続行します
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図 3: Imhoff 収集するために使用される円錐形を定着、浮遊微粒子の沈殿槽でキャプチャします。 この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

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結果

本研究で示した方法では、水とが農場の運河でイベントをポンピング中に放出されている粒子状物質を捕獲出来ます。水と収集された微粒子は流れ加重ポンプ イベントとかつてのスナップショットだけでなく全期間の代表ですが、つまり排出されている材料の種類の非常に代表的となっています。様々 な物理・化学的パラメーターを分析するのには、水や浮遊微粒子を格納できます。この記事で我々 は EAA 内の 3 つの農場運河から浮遊微粒子の特性のいくつかを要約しました。微粒子の物理化学的解析のいくつかの提案高有機質、低嵩密度が、P ¹¹のような栄養素に富んでいます。0.08 g cm^-3 0.11 g cm^-3に間であった微粒子の密度。55-77% と 2,173 mg kg^-1 2,548 mg kg^-1 (図 4) の間であった TP 濃度間であった有機物組成。水及びファーム運河で中断された沈殿物の品質が...

ディスカッション

集塵、終了近くに置かれた排水用オートサンプラーはポンプ駅データロガーです。電源は、ソーラー パネルで充電 12 V 電池によって提供されました。オートサンプラーは、出口ポンプが走ったとポンプ停止してオフにそれらをオン、オートサンプラー敷地内のデータロガーによって制御されました。サンプラー吸気ラインの開口部は、ポンプ ステーションから運河の底と上向上 0.5 m を配置されました。摂取量線は運河の底と鉄筋まで摂取量線を結ぶ zip に金属鉄筋をインストールすることによって場所で開催されました。2 l、200 L タンク 3 分ごとに採取した毎日をセトリングに採取フィールドに、サンプルの水の大半は携帯用の吸引ポンプを使用してドラムから削除されました。存在する水や土砂が 26 L バケツの蓋に配置し、冷蔵庫内に置かれた研究所に戻った。次の日、付加的な水は、研究室の吸引ポンプを使用して削除されました。

重要なとき、できるだけ粒子を停止削除を避けるために粒子状物質を吸い上げます。ホースの端にピペット チップを追加し、水表面の近くの先端を維持する注意してください。余分な水を保存するときにサンプ...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
データロガー	キャンベル サイエンティフィック		モデル CR1000
オートサンプラー	ISCO		モデル3700
圧力トランスデューサ	KPSI		モデル700
ティッピングバケツ 雨量計	テキサスエレクトロニクス		モデル TR-525
塩化カリウム	フィッシャー	7447-40-7
水酸化	ナトリウムフィ	ッシャー1310-73-2
酸	フィ	ッシャー7647-01-0
	フィ	ッシャー7664-93-9
硫酸カリウム	フィ	ッシャー7727-21-1
リブデン酸アンモニウム四水和物	フィ	ッシャー12054-85-2L
-アスコルビン酸	フィ	ッシャー50-81-7
100 mg / L無水リン酸塩標準	ERA	061
モン酒石酸カリウム三水和	物フィ	ッシャー28300-74-5
デュラポア膜フィルター	ミリポア	HVLP04700
Whatman#41濾紙	Whatman1441-150
固定速度往復シェーカーE6010	ベルバッハコーポレーション	E6010.00
使い捨て培養チューブ	フィッシャー	14-961-29
アレグラ 25R 遠心分離機	ベッカー・コールター	米国 605168-AC
パラフィルム	ビーミス カンパニー インク PM 999	13-374-12
オークリッジ遠心分離チューブ	ナルゲン	3119-0050
フィッシャーブランド 20mL HDPE シンチレーションバイアル 尿素キャップ付き	フィッシャー	03-337-23C
フィッシャーブランド 白いポリプロピレンの裏地なしキャップ	フィッシャー02-912-024A
0.45膜フィルター	コールパーマー	アイテム#UX-15945-25
100ml消化チューブ	フィッシャー	TC1000-0735
ガラス漏斗	フィッシャー	03-865
スペクトロニック 20 ジェネシス	サーモフィッシャー	4001-000
クイックケム	ラッチキャット	8500