Name: 農業および都市流出における地表水毒性に伴う汚染物質除去のための植物処理システム (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-15T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 49 s
Description: 学ぼう、植物処理システムを用いた農業・都市流出水からの農薬除去法。淡水無脊椎動物毒性試験と化学分析を組み合わせ、地表水質保護の効果を評価する手法です。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

ここに記載されている作業の資金は、California Department of Pesticide Regulationとカリフォルニア州水資源局から来ました。

1.アーバン・バイオスウェルの有効性モニタリング<ol><li> ストームウォーターサンプリング <ol><li>サンプルは4Lの前処理雨水が駐車場を出てバイオショール入口に入り、その後4Lの後処理雨水がバイオシャワーを4 &quot;出口排水口から出て行く。 </li><li>地元の天気予報を使用して、嵐の水路図の始め、中央、および終わりにサンプルを収集します。嵐のイベント中に流出変動を特徴付けるために試料を合成する。 </li><li>手で1.3 Lのサンプルを収集し、4 Lの琥珀色の瓶でそれらを合成する。雨水がバイオウォールに流入するいくつかの縁石の開口部で採水口サンプルを採取する。 </li><li>出口ドレイン（後述）に取り付けられた流量計から1.3 Lの出口サンプルを採取し、4 Lの琥珀色の瓶に入れます。 </li><li>最後の水路グラフのサンプルが収集されるまで、合成されたサンプルを氷上に保管してください。その後、それらを実験室に輸送し、refrを保持する4℃でiteratorを添加して化学的および毒性試験のサブサンプリングを行った。試料採取から48時間以内に試料を化学実験室に輸送する。 </li></ol></li><li> 計算のロード <ol><li>暴風雨になる前に、bioswaleサイトに隣接する軽いまたは他の極にそれを取り付けることによって、転倒バケットデジタルロガーレインゲージを設置してください。雨量データを使用して、その敷地の瞬時および総降雨量を示します。 </li><li> bioswaleの出口ドレインに機械式のパルス流量計を取り付けます。 bioswaleを出る総流量を記録する。 注：流出量の減少は、LID設計における汚染物質の全体的な負荷を低減すると推定される。 </li><li>降雨イベント中に雨量計によって記録された雨のインチを使用して外挿することによって、駐車場集水域に降りる水の量をモデル化する。これらのデータを使用して、駐車場の面積に基づいて治療システムに入る量を決定します。 </li><li> tで記録された合計フローを使用する彼は出口流量計を使用して浸透率を計算します。雨水の浸入を判定するために、入口と出口の容積の差を計算します。 </li><li>汚染物質の分析測定値と併せて、吹き出し中の汚染物質の積載量と負荷軽減率を計算します。 </li><li>表面水の毒性に関連する化学分析物を測定する（下記参照）。負荷計算を簡素化し、それらの類似の毒性作用様式（ 例えば 、総多核芳香族炭化水素[PAHs]、総ピレスロイドおよび全フィプロニルおよび分解物）に基づく総化学群。 </li></ol></li><li> 化学 <ol><li>全浮遊固形分（TSS）、微量金属（USEPA法200.8 5 、誘導結合プラズマ質量分析法[ICP / MS]）、およびPAH（USEPA法625 6 ）のすべての試料を分析する。 </li><li>カレのサンプルを分析する（USEPA法SW846 8270改変7 ;ビフェンスリン、シペルメトリン、フェンバレレート/エスフェンバレレート、ペルメトリン、テトラメトリン、L-シハロトリン、シフルトリン、およびアレスリン）、およびフィプロニルおよびその3つの主要な分解物（フィプロニルスルフィド、フィプロニルスルホン、フィプロニル、デスルフィニル）。 </li><li>適切な検出限界を提供するために、負の化学イオン化または他の適切な方法を使用して、ガスクロマトグラフィー - 質量分析（GC / MS）を使用してピレスロイドを分析する。現在使用されているほとんどの農薬は低濃度では毒性が強いので、環境リスク評価には低い化学物質の報告限度が必要です。ピレスロイドの限界を報告する方法は、ペルメトリン（報告限界= 10ng / L）以外のすべてのピレスロイドについて0.5ng / L〜1.0ng / Lである。 </li><li> 1.0ng / Lの報告限界を提供するフィプロニルの分析手順を使用する。有機リン系農薬は、測定する必要はない例えば、カリフォルニア州の都市部での地方の使用パターンに頼っている8,9 。 </li><li>イミダクロプリドの報告限度が50ng / Lであるトリプル四重極質量分析計に結合された超高速液体クロマトグラフィーを用いてネオニコチノイド系農薬（ 例えば 、イミダクロプリド）を測定する。 </li></ol></li><li> 毒性試験 <ol><li>米国環境保護庁（USEPA）の急性試験プロトコール10の改訂に伴い、3種類の試験種を用いて合成された入口および出口雨水試料の毒性試験を実施する10 。クラドセランCeriodaphnia dubiaによる試験は、96時間後の生存を測定する。両虫ヒアルラ・アゼテカ（Hyalella azteca）を用いた試験は、10日後の生存率を測定する。 ミズゴケChironomus dilutusを用いた試験は、10日後の生存と成長を測定する。 </li><li> Uに続いてクラドセランC.duubiaを用いて急性96時間生存試験を行う。S.EPAガイダンス。 <ol><li>入口と出口の雨水試料の5つの複製のそれぞれに5つのC.dubia新生児を暴露する。複製物は、15mLの試験溶液を含む20mLのシンチレーションバイアルからなる。 </li><li>雨水試験溶液の毎日の100％更新の2時間前に、酵母、葉緑体、トラウトチャウ（= YCT;米国EPAガイダンスに従い ）およびセレナストラム藻類の混合物を新生児に供給する。毎日生存している新生児の総数を記録する。 </li><li> t検定を用いて適度に硬い対照水中で生存するために、入口および出口雨水試料への96時間曝露後の最終的なC.ジュビア生存を比較する。米国EPAが推奨する統計的手順に従う。 </li></ol></li><li>米国EPAガイダンスに従って、amphipod H. aztecaによる急性10日生存試験を行う。 <ol><li> 5回の反復のそれぞれにおいて、10日目、9日目〜15日目の両虫を曝露する。複製物は、200mLの試験溶液を含む300mLガラスビーカーからなる。 </li><li&gt; Amphipodテストを10日間実施し、生き残った両生類の数を毎日カウントし、48時間ごとに試験溶液の50％を更新する。更新後、各ビーカーに48時間ごとに1.5mLのYCTを供給します。 </li><li>上記のように、雨水試料中の両生類の最終生存と実験室の井戸水での10日間生存とを比較する。 </li></ol></li><li>米国EPAのガイダンスに従い、慢性的な10日の生存および成長試験をmidge C. dilutusで行う。 <ol><li> 4回の反復のそれぞれにおいて12匹の7匹の古い動物を暴露する。複製物は、200mLの試験溶液を含む300mLガラスビーカーからなる。幼虫によるチューブ構築のための基質として5mLの砂を各ミッドレンジ試験容器に供給する。 </li><li> 10日間の試験を実施し、魚肉スラリー（4g / L）の摂取量を増やして毎日各ビーカーについて48時間毎に試験溶液の50％を次のように更新する：0~3日目、0.5mL /日。 4~6日目、1.0mL /日; 7〜10日目、1.5mL /日。 </li><li>最終的な生存率と上記のように雨水サンプルを実験室の井戸水中で10日間生存するまで増殖させる。被験生物の初期重量と比較して10日目に無灰乾燥重量として生存動物の成長を測定する。 </li></ol></li><li>すべての毒性試験では、溶存酸素、pH、および導電率を、適切な計器および電極を使用して測定する。分光光度計を用いて非イオン化アンモニアを測定する。 <ol><li>試験の開始と終了時に水硬度とアルカリ度を測定する。 10 </li><li>連続記録温度計で水温を記録する。 </li></ol></li></ol></li></ol> 2.総合植生排水溝効能モニタリング<ol><li> 統合された溝構造 注：現在の例で使用されている農業排水溝は152mの長さであり、頂部および深さ1mの半V字形断面幅が5mである。溝の植生はnの組み合わせです主に赤いフェスク（ Festuca rubra ）が播種されている。この例では、統合された栄養繁殖試験は、粒状活性炭（GAC）と植生溝と一体化した堆肥フィルタ処理で構成されています。 <ol><li> 2つのコンポストフィルターと6つのカーボンフィルターを建設し、植生溝の3つの異なるセクションに設置します（ 図2 ）。炭素または堆肥のいずれかを充填した直径20cmの2m長の袖を使用する。 </li><li> 6つの袖に30Lの粒状化活性炭を充填し、これらを152m植生溝の端の近くの146m地点に配置する。 GACで満たされたスリーブを上端のワイヤステークで溝の底に固定します。 </li><li>各GACスリーブの下流端に2.5 mの長さのパインボードの幅6 mの部分を置き、水路の2つの側面と底に松のボードを掘って、水をバイパスし、カーボンスリーブをアンダーカットしないようにします。プロ炭素との水接触時間を最大にするための垂直方向の支持を提供する。 </li><li>コンポストスリーブには、部分的に分解された庭廃棄物約15kgを地元の埋立地などの清潔な供給源から捨てる。 2 mの長さのコンポストスリーブを64 mの植生流路と152 m植生溝の長さに沿った123 mに配置する（ 図2 ）。 </li></ol></li><li> 流出シミュレーションとサンプリング 注：このプロトコルは、統合された栄養治療システムを使用して治療有効性を評価するための擬似農業流出試験および関連モニタリングを行う方法を記述する。現在の例では、統合された植生 - 堆肥 - 炭素システムは、Salinas Valley、3.2L / sおよび6.3L / sの商業農場からの典型的な野外放電を代表する2つの流速で評価された。有機リン系農薬クロルピリホスは、適度な溶解度を有するため、これらの試験でモデル農薬として使用された従って有害生物管理に一般的に用いられる代表的な農薬の溶解度の中間範囲を表す。クロルピリホスは、農業流域への影響のために、中部カリフォルニアで進行中の規制措置の対象でもあります。目標のクロルピリホス用量は約2,600ng / Lであった。流速および目標クロルピリホス濃度は、局所灌水流出量で以前に測定された範囲内にあった3,11。植生溝を通過する水の脈動の水力滞留時間は、ここで与えられた例では監視されなかった。これらのシステムにおける滞留時間は、水の流入速度、以前の灌漑および雨による土壌の飽和度、堰および沈降池などの流れを妨げる構造物の存在および植生によって覆われる表面積の量によって変化する。これまでの研究では、小規模溝システムの場合、数時間の滞留時間がサリナスバレー3、4 。目視観察により、GACフィルターの滞留時間は1〜2分であることが示された。 <ol><li>浮遊した土砂を混合した地下水を使用して模擬農業流出を作り出す。モデルの農薬であるクロルピリホスでの試験では、3.2L / sの試験ごとに、既知の容量の蒸留水に認定保存溶液を加えることにより、10mg / Lの新鮮なストック溶液を調製する。 6.3 L / s試験ごとに20 mg / Lの新鮮なクロルピリホス原液を調製する。 <ol><li>計量ポンプを使用して、植生処理場に入る前に流出水に一定量の原液を供給します。計量ポンプを使用して、50 mL /分のストック溶液をシミュレートされた灌水水の流れに送ります。 </li></ol></li><li>デジタル流量計で流入流量を監視し、これらのデータを使用して、流入口に流出する流出水の総量を定量化します。 </li><li> thで堰を作る溝の出口とデジタル流量計に接続された出口パイプでこれを垂直にします。この計器を使用して、溝を出る流出量を記録します。 </li><li>デジタルメーターに接続されたデータロガーを使用して、5分間隔でフローを記録します。流入口に設置された蠕動ポンプを作動させて溝の入口より下の様々なステーション（ 例えば 23m、45m、68m）に配置し、5分間隔でステンレススチール容器への流出の複合サブサンプルを収集する。 </li></ol></li><li> 化学 <ol><li>各流出試験の終了時に試験からの流出水のコンポジットサンプルをアンバーガラスボトルに移し、4℃で氷上でサンプルを維持して後の毒性および化学分析に備える。 </li><li> GC-MSまたは酵素結合イムノソルベントアッセイ（ELISA）を使用して、全浮遊固形分（TSS）およびクロルピリホスについて複合サンプルを分析する。 </li><li> 「注入口」の複合サンプル（前処理）を＆＃TSSおよび農薬の負荷を低減するための一体化された溝システムの有効性を評価するための「コンセント」複合サンプル（後処理）。 </li></ol></li><li> 毒性試験 <ol><li>バイオウォールモニタリングについて上述したように、96時間Ceriodaphnia dubia毒性試験10を用いて、各試験の入口（前処理）および出口（後処理）からの複合試料中の水柱毒性を決定した。 C. dubiaは、クロルピリホス（致死量中央値（LC50）= 53 ng / L 12 ）に対する感受性のために農業流出毒性の適切なモニタリング種である。 </li></ol></li></ol>

<ol><li>Anderson, B. S., Hunt, J. W., Markewicz, D., Larsen, K. <a target="_blank" href="http://www.waterboards.ca.gov/water_issues/programs/swamp/docs/txcty_rprt.pdf">Toxicity in California Waters, Surface Water Ambient Monitoring Program</a>. , California Water Resources Control Board. Sacramento, CA. (2011).</li>
<li>Anderson, B. S., Phillips, B. M., Voorhees, J. P., Siegler, K., Tjeerdema, R. S. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27145488">Bioswales reduce contaminants associated with toxicity in urban stormwater.</a> Environ Toxicol Chem. 35 (12), 3124-3134 (2016).</li>
<li>Anderson, B. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pesticide+and+toxicity+reduction+using+an+integrated+vegetated+treatment+system%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Toxicol+Chem%22%5BJournal%5D)">Pesticide and toxicity reduction using an integrated vegetated treatment system.</a> Environ Toxicol Chem. (30), 1036-1043 (2011).</li>
<li>Phillips, B. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.cdpr.ca.gov/docs/emon/surfwtr/contracts/ucdavis_13-C0027_final.pdf">Mitigation Strategies for Reducing Aquatic Toxicity from Chlorpyrifos in Cole Crop Irrigation Runoff</a>. , California Department of Pesticide Regulation. Sacramento, CA. (2014).</li>
<li>U.S. EPA. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Method+1640%3A+Determination+of+Trace+Elements+in+Ambient+Waters+by+On-Line+Chelation+Pre-concentration+and+Inductively+Coupled+Plasma-Mass+Spectrometry%22">Method 1640: Determination of Trace Elements in Ambient Waters by On-Line Chelation Pre-concentration and Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry</a>. , (Office of Water. Washington, DC. EPA 821-R-95-033, 65 (1995).</li>
<li>U.S. EPA. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Methods+for+organic+chemical+analysis+of+municipal+and+industrial+wastetwater%2C++Method+625-+Base%2Fneutrals+and+acids%22">Methods for organic chemical analysis of municipal and industrial wastetwater, Method 625- Base/neutrals and acids</a>. , Washington Office of Water. DC, 20460. U.S. EPA Appendix A to Part 136, 42 (1984).</li>
<li>U.S. EPA. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Method+1656%3A++Determination+of+Non-conventional+Pesticides+in+Municipal+and+Industrial+Wastewater%2C+Volume+I.+Revision+1%0A%22">Method 1656: Determination of Non-conventional Pesticides in Municipal and Industrial Wastewater, Volume I. Revision 1
</a>. , Office Water. Washington, DC. EPA 821/R-93-010-A, 59 (1993).</li>
<li>Johnson, H. M., Domagalski, J. L., Saleh, D. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trends+in+Pesticide+Concentrations+in+Streams+of+the+Western+United+States%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Water+Resour+Assoc%22%5BJournal%5D)">Trends in Pesticide Concentrations in Streams of the Western United States.</a> J Am Water Resour Assoc. 47 (2), 265-286 (1993).</li>
<li>Siegler, K., Phillips, B. M., Anderson, B. S., Voorhees, J. P., Tjeerdema, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temporal+and+spatial+trends+in+sediment+contaminants+associated+with+toxicity+in+California+watersheds%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Poll%22%5BJournal%5D)">Temporal and spatial trends in sediment contaminants associated with toxicity in California watersheds.</a> Environ Poll. , 1-6 (2015).</li>
<li>U.S. EPA. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Methods+for+measuring+acute+toxicity+of+effluents+and+receiving+water+to+freshwater+and+marine+organisms%22">Methods for measuring acute toxicity of effluents and receiving water to freshwater and marine organisms</a>. , Office of Research and Development. Washington, DC. EPA-821-R-02-012, 275 (2002).</li>
<li>Phillips, B. M., Anderson, B. S., Siegler, K., Voorhees, J. P., Tjeerdema, R. S. Optimization of an Integrated Vegetated Treatment System Incorporating Landguard A900 Enzyme: Reduction of Water Toxicity Caused by Organophosphate and Pyrethroid Pesticides. Final Report. Resource Conservation District of Monterey County and the United States Department of Agriculture Natural Resources Conservation Service and The California Department of Pesticide Regulation. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.cdpr.ca.gov/docs/emon/surfwtr/contracts/ucdavis_09-C0079_final.pdf">http://www.cdpr.ca.gov/docs/emon/surfwtr/contracts/ucdavis_09-C0079_final.pdf</a> (2012).</li>
<li>Bailey, H. C., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/etc.5620161115/abstract">Joint acute toxicity of diazinon and chlorpyrifos to Ceriodaphnia dubia.</a> Environ Toxicol Chem. 16, 2304-2308 (1997).</li>
<li>Supowit, S., Sadaria, A. M., Reyes, E. J., Halden, R. U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mass+balance+of+fipronil+and+total+toxicity+of+fipronil-related+compounds+in+process+streams+during+conventional+wastewater+and+wetland+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Sci+Technol%22%5BJournal%5D)">Mass balance of fipronil and total toxicity of fipronil-related compounds in process streams during conventional wastewater and wetland treatment.</a> Environ Sci Technol. 50 (3), 1519-1526 (2016).</li>
<li>Stang, C., Bakanov, N., Schulz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experiments+in+water-macrophyte+systems+to+uncover+the+dynamics+of+pesticide+mitigation+processes+in+vegetated+surface+waters%2Fstreams%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Sci+Pollut+Res%22%5BJournal%5D)">Experiments in water-macrophyte systems to uncover the dynamics of pesticide mitigation processes in vegetated surface waters/streams.</a> Environ Sci Pollut Res. , (2015).</li>
<li>Schulz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Field+studies+on+exposure%2C+effects%2C+and+risk+mitigation+of+aquatic+nonpoint-source+insecticide+pollution%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22J+Environ+Qual%22%5BJournal%5D)">Field studies on exposure, effects, and risk mitigation of aquatic nonpoint-source insecticide pollution: A review.</a> J Environ Qual. 33 (2), 419-448 (2004).</li>
<li>Moore, M. T., et al. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/237611100_Transport_and_Fate_of_Atrazine_and_Lambda-Cyhalothrin_in_an_Agricultural_Drainage_Ditch_in_the_Mississippi_Delta_USA">Transport and fate of atrazine and lambda-cyhalothrin in a vegetated drainage ditch in the Mississippi Delta.</a> Agric Ecosyst Environ. 87, 309-314 (2001).</li>
<li>Phillips, B. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Effects+of+the+Landguard+A900+Enzyme+on+the+Macroinvertebrate+Community+in+the+Salinas+River%2C+California%2C+United+States+of+America%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Environ+Contam+Toxicol%22%5BJournal%5D)">The Effects of the Landguard A900 Enzyme on the Macroinvertebrate Community in the Salinas River, California, United States of America.</a> Arch Environ Contam Toxicol. 70 (2), Salinas River, California. 231-240 (2016).</li>
<li>Han, W., Fang, J., Liu, X., Tang, J. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/285904540_Techno-economic_evaluation_of_a_combined_bioprocess_for_fermentative_hydrogen_production_from_food_waste">Techno-economic feasibility evaluation of a combined bioprocess for fermentative hydrogen production from food waste.</a> Bioresource Technology. , 107-112 (2016).</li>
<li>Solomon, K. R., Giddings, J. M., Maund, S. J. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11349868">Probabilistic risk assessment of cotton pyrethroids: I. Distributional analysis of laboratory aquatic toxicity data.</a> Environ Toxicol Chem. 20, 652-659 (2001).</li>
<li>Weston, D. P., Lydy, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toxicity+of+the+Insecticide+Fipronil+and+Its+Degradates+to+Benthic+Macroinvertebrates+of+Urban+Streams%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Sci+Tech%22%5BJournal%5D)">Toxicity of the Insecticide Fipronil and Its Degradates to Benthic Macroinvertebrates of Urban Streams.</a> Environ Sci Tech. , (2014).</li>
<li>Voorhees, J. P., Anderson, B. S., Phillips, B. M., Tjeerdema, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+treatment+as+a+method+to+remove+imidacloprid+from+agriculture+runoff%5BTitle%5D)+AND+%22Bull+Environ+Contam+Toxicol%22%5BJournal%5D)">Carbon treatment as a method to remove imidacloprid from agriculture runoff.</a> Bull Environ Contam Toxicol. , (2017).</li>
</ol>

著者らは、競合する金銭的利益がないと宣言している。

このプロトコルで説明されているプラ​​クティスは、農業灌漑および雨水流出における汚染物質を除去するための全体的な戦略の最終ステップとして意図されています。バイオショールズやその他の都市緑化インフラストラクチャーの使用は、隣接する水域に達する前に流出した汚染物質を除去するための最終的なパズルとして意図されています。このプロトコルは、現在の農薬使用に重点を置いて、都市の汚染物質に関連する毒性を除去するための処理効力を決定するために都市バイオスケールを監視する方法を強調する。 モニタリング研究の設計における重要なステップには、嵐の水文グラフを捕捉するためのモデリング手法とサンプリング設計、適切な検出限界を持つ適切な分析対象リスト、および地表水の毒性を引き起こすことが知られている都市汚染物質に適した毒性指標とエンドポイントの使用が含まれます。 例えば、フェニルピラゾール農薬フィプロニルの分解物の除去おそらく中程度の溶解度のために一致しなかった。現在のバイオスケール設計の変更は、バイオショールや他のLIDプラクティスによって完全に除去さ...

カリフォルニアの流域では地表水の毒性が一般的であり、何十年にもわたって監視されていることから、毒性はしばしば農薬やその他の汚染物質によるものである1 。地表水の汚染の主な原因は、都市や農業資源からの雨水や灌漑流出である。水質規制当局は、汚染物質によって水質が劣化しているとリストされており、毒性が都市や農業の原因から特定されているため、水質規制当局は州および連邦政府の資金源と協力して汚染物質の負荷を軽減する。カリフォルニア州の都市流域では、洪水を減らし、浸透や貯留による雨水の回収率を高めるために、緑のインフラが促進されています。低インパクト開発（LID）設計は多くの地域で新規建設が義務づけられていますが、溶存固形物、金属、ハイドロカーなどの従来の汚染物質の測定を超えるこれらのシステムの有効性を監視している研究はほとんどありませんボーンズ。より集中的なモニタリングは、近年、化学物質濃度の低下、および表面水の毒性の原因となる化学的負荷を評価し、バイオウォールが流出の毒性を減少させるかどうかを直接決定する。これは、生物兵器がいくつかの汚染クラス2に関連する毒性を除去するのに有効であることを示しているが、新たな懸念化学物質のためにはさらなる研究が必要である。 植生処理システムは、カリフォルニア州の農業流域でも実施されており、これらは農業灌漑流出量3,4の農薬やその他の汚染物質の削減に有効であることが示されている。これらのシステムは、表層水への汚染物質負荷を低減する一連のアプローチのコンポーネントを表しています。彼らは表面水の毒性の原因となる汚染物質を軽減することを意図しているため、実施プロセスの重要な要素は、長期的な有効性を確認する。モニタリングには、懸念化学物質の化学分析と、敏感な指標種による毒性試験の両方が含まれます。この記事では、都市駐車場のbioswaleと農業植生排水溝システムのプロトコルとモニタリング結果について説明します。 典型的な混用都市型ショッピングモールの駐車場での暴風雨を処理するために使用されるような、典型的な駐車場のバイオスウェールの設計属性は、処理される面積に依存する。ここに記載されている例では、53,286平方フィートのアスファルトは不透水性の表面積を作り出し、それは4,683平方フィートの造園からなるスウェーデンに流出します。この表面積からの流出に対処するために、215フィートの長さの平底、半V字形の流路は、50％未満の側部傾斜および1％の縦方向の傾斜部を有するスウォールを含む（ 図1 ）。このスウェーデンは、6インチの表土に植えられたネイティブバンチグラス、コンパクトな地下の2.5フィート以上の赤色。ストームウォーターは、駐車場からスウェーデンに沿って複数の入り口に流れます。水は植生地に浸透し、地下に浸透して排水口から4インチの穿孔ドレンになります。このシステムは、最終的に地方の小川に流出する隣接する湿地に配管されたシステムを通して水を排水します。

<table><tbody><tr><td>HOBOティッピングバケツデジタルロガー雨量計&nbsp;</td><td>Onset Computer Co., Bourne MA, USA) (米国マサチューセッツ州ボーン)</td><td>オンセット RG3</td><td>レインゲージ</td></tr><tr><td>メカニカルギヤードパルス流量計&nbsp;</td><td>Seametrics Inc., Kent WA</td><td>Seametrics MJ-R</td><td>バイオスウェール出口流量測定用流量計</td></tr><tr><td>Filtrexx SafteySoxx</td><td>Filtrexx Co. - info@filtrexx.com</td><td>SafetySoxx</td><td>粒状活性炭および堆肥用穴あき合成布</td></tr> 粒<tr><td>状活性炭&nbsp;</td><td>Evoqua - Siemens Corp., Oakland CA</td> 農業<td>灌漑用水処理用</td><td>AC380</td> GAC</tr><tr><td>デジタル流量計&nbsp;</td><td>Seametrics Inc.、ケント、WA</td>、<td>Ag2000;WMP101</td><td>農業灌漑処理システムモニタリング用流量計</td></tr><tr><td>データロガー</td><td>Campbell Scientific Inc., Logan, UT</td><td>CR1000</td><td>フローデータを記録するためのデータロガー</td></tr><tr><td>複合サンプリング用蠕動ポンプ</td><td>Omega Engineering Inc. スタンフォード CT</td><td>Omegaflex FPU-122-12VDC&nbsp;</td><td>複合サンプリング用ポンプ</td></tr></tbody></table>

農業および都市流出における地表水毒性に伴う汚染物質除去のための植物処理システム

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

都市雨水および農業灌漑流出には、隣接する水域にしばしば有毒である複雑な混入物が含まれています。流出は、植生や土壌への汚染物質の吸着を促進し、浸潤を促進するように設計されたシンプルなシステムで処理することができます。都市雨水処理のためのバイオスケール処理システムと、農業灌漑流出を処理するための植生排水溝の2つのシステム例が記載されている。どちらも土壌や植物の表面への汚染物質の収着をもた​​らす植生、水の浸入など、流出中の汚染物質負荷を低減する類似の属性を有する。これらのシステムはまた、残留汚染物質を除去するための研磨ステップとして粒状活性炭を組み込むことを含むことができる。農業および都市流域におけるこれらのシステムの実施には、処理の有効性を検証するためのシステムモニタリングが必要です。これには、毒性の原因となる特定の汚染物質の化学的モニタリングが含まれます。現行の論文は、水生無脊椎動物に対する地表水の毒性の原因となるため、現行の農薬のモニタリングを重視している。

都市ビオスウェルの有効性雨量18.5時間の間に、雨量計によって雨が1.52インチ記録され、駐車場からバイオスウェールに流れ込む水が50,490ガロンとなりました。この総量のうち、出口流量計によって5,248ガロンが記録されましたその結果、バイオスウェールに流入した雨水の総浸透率は90％に達し、モニタリングされたすべての化学物質が減少しました（ 表1 ）。亜鉛と銅はそれぞれ97％と92％減少しています（ 表1 ）。入口サンプルでは多くのピレスロイド系農薬が検出されています。これらのすべてがアウトレットサンプルで減少した。ピレスロイドの総濃度99％減少した。入口試料でピレスロイドビフェントリン、シペルメトリン、ラムダ - シハロトリン、ペルメトリンの毒性濃度が検出され、出口試料（ 表1 ）のH. aztecaの致死濃度中央値（LC50）以下に低...

この記事では、都市の雨水や農業灌漑排水を処理して水生生物毒性に関連する農薬やその他の汚染物質を除去する処理システムの設計属性と有効性を要約します。

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

これらの手順の総合的な目的は、化学分析と淡水無脊椎動物を用いた毒性試験を組み合わせることで、植生処理システムが都市部の雨水や農業灌漑排水から現在使用されている農薬をどの程度除去できるかを評価することです。このアプローチは、標準的な浄化手法が汚染物質から地表水の水質を保護するのに有効であるか、また管理手法の有効性を評価するための適切なモニタリング項目は何かを明らかにすることを意図しています。これらの手順の主な利点は、地表水への農薬負荷を軽減するために設計された現場浄化技術の化学的モニタリングと、毒性試験プロトコルを組み合わせることができる点にあります。Bryn PhillipsとMichael Cahnは、農業排水から農薬やその他の汚染物質を除去するために設計された、統合植生処理システムの構成要素について実演します。Jennifer Voorheesは、この処理システムをモニタリングするために使用される3つの毒性試験プロトコルについて実演します。今回の例で使用した植生排水溝は、全長152mで、断面は半V字型であり、上部の幅は5m、深さは1mです。排水溝の植生は在来の草本種の組み合わせであり、主にレッドフェスクが播種されています。この植生排水溝には、コンポストフィルターとカーボンフィルターが追加で設置されています。フィルターは、長さ2メートル、直径20センチメートルの管状メッシュスリーブで構成されています。各カーボンスリーブに、粒状活性炭を30リットル充填します。また、各コンポストスリーブには、地元の埋立地などの清潔な供給源から得た、部分的に分解された庭の廃棄物をそれぞれ15キログラム充填します。テキストプロトコルに示されているように、植生排水溝の異なるセクションにフィルターを設置します。上流端でワイヤーステークを用いてスリーブを排水溝の底に固定します。次に、各スリーブの下流端に、長さ2.5 meter、幅6 inchのパイン材のセクションを配置します。水がバイパスしたりカーボンスリーブの下を通り抜けたりすることを最小限に抑えるため、松材の板をチャネルの両側と底に打ち込みます。また、これらの板は垂直方向の支持材となり、水とカーボンの接触時間を最大限に確保します。統合された溝システムの有効性は、地下水に懸濁堆積物を混合し、モデル農薬を添加して模擬農業排水を作成することでテストできます。有機リン系、ピレスロイド系、ネオニコチノイド系などの神経毒性殺虫剤が近年、地表水の毒性と関連しているため、処理システムおよびモニタリングプログラムでは、これらの殺虫剤クラスを重視すべきである。デジタルメーターとデータロガーを用いて流入流量をモニタリングする。得られたデータを用いて、溝の流入部に適用された流出水の総量を定量化する。溝の出口に堰を構築し、デジタル流量計とデータロガーに接続した出口パイプを配管します。データロガーをプログラムし、溝の入口および入口より下流の各地点に設置したペリスタルティックポンプを作動させ、5分間隔で流出水の複合サブサンプルをステンレス製容器に採取します。各流出試験の終了後、試験で得られた流出水の複合サンプルを茶色ガラス瓶に移します。テキストのプロトコルに記載されている通り、後の毒性および化学分析のため、サンプルは4°Cの氷上で保存してください。時間の制約があるため、本動画では農薬および農業排水処理のための統合植生溝に重点を置いて説明しました。このシステムに適用された設計およびモニタリングの原理は、原稿で議論しているように、バイオスウェルを用いた都市雨水処理にも適用可能です。米国環境保護庁（US EPA）の急性および慢性試験プロトコルを改変した方法に従い、3種の試験生物を用いて毒性試験を行うための、植生排水溝の流入点および流出点の混合水サンプルを調製します。曝露試験を開始する前に、適切なメーターと電極を用いて、各サンプルのサブサンプルの溶存酸素量、pH、および電気伝導度を測定します。また、分光光度計を用いて非解離アンモニアを測定します。次に、ミジンコの一種であるCe.dubiaを用いて、96時間の急性生存試験を実施します。流入側および流出側の雨水サンプルの5つの反復試料それぞれに、Ce.dubiaの幼体5個体を曝露させます。反復試料には、15 mLの試験溶液を入れた20 mLのシンチレーションバイアルを使用します。更新の2時間前に、酵母、Cerophyll、トラウトチャウ、およびSelenastrum藻類の混合物を稚魚に与えてCe.dubia試験を毎日更新します。その後、生物を新しいサンプルに移植します。生存している稚魚の総数を毎日記録してください。また、端脚類 H.azteca を用いて10日間の急性生存試験を実施します。5つの反復につき、齢7日から14日の端脚類を10個体ずつ曝露させます。反復には、100 mLの試験溶液を入れた300 mLのガラスビーカーを使用します。生存している端脚類を毎日カウントし、48時間ごとに試験溶液の50%を更新します。溶液の更新後、48時間ごとに各ビーカーに1.5 millilitersのYCTを給餌します。ユスリカ C.dilutus を用いた10日間の慢性生存および成長試験を行うには、4つの反復区のそれぞれに、生後7日の個体を12匹ずつ曝露させます。反復試料は、200 mLの試験溶液と、幼生が管を形成するための基質として5 mLの砂を入れた300 mLのガラスビーカーで構成する。試験溶液の50%を48時間ごとに更新する。各ビーカーに、魚類飼料スラリーを1 Lあたり4 gから段階的に増量して毎日与える。C.dilutusの最終生存数をカウントした後、生存した個体の成長量を灰分除去乾重量として測定します。t検定を用いて、流入側および流出側の植生側溝サンプルに96時間曝露した後のCe.dubiaの最終生存率を、中硬度の対照水における生存率と比較します。同様の手順を用いて、H.aztecaの最終生存率、およびC.Dilutusの最終生存率と成長量を比較します。農業用灌漑排水の植生処理の代表的な結果から、本システムが農薬および毒性の低減に有効であることが示されました。クロルピリホスの平均負荷量は、流量 3.2 liters per second で 98%、流量 6.3 liters per second で 94% 減少しました。毒性は、低流量では 3 回の試行のうち 2 回で、高流量では 3 回の試行のうち 1 回で消失しました。雨水のバイオスウェイル処理において、毒性、殺虫剤、およびその他の汚染物質の減少も観察されました。雨水中のピレスロイド系殺虫剤は大幅に減少しており、それに伴い端脚類であるH.aztecaに対する毒性も軽減しました。対照的に、フィプロニルスルホンの濃度はバイオスウェイル処理によって減少せず、ユスリカであるC.Dilutusに対する毒性も同様に軽減されませんでした。水質規制当局や研究者は、地表水が水生生物を維持できる能力を評価するために、水生毒性試験を利用しています。カリフォルニア州で数十年にわたり実施されたモニタリングから得られたデータは、無脊椎動物に対する毒性の大部分が農薬によって引き起こされていることを示しています。カリフォルニア州の環境規制当局は、雨水や農業排水からの農薬負荷を低減するための政策を導入しています。これらには、これらの発生源からの現在使用されている農薬の負荷を軽減するために設計された処理システムの導入促進が含まれます。毒性試験プロトコルの視覚的な実演は、これらの処理システムの有効性をモニタリングするためには、現在使用されている農薬に対して感度の高い試験種およびプロトコルを用いる必要があるという概念を強化するはずです。私たちは、植生システムが農業排水中の農薬を処理するための費用対効果の高い解決策であることを示しました。これらのシステムに粒状活性炭を添加することで、植生では除去されなかった残留農薬を除去できることが示されています。標的化学分析および適切な毒性試験プロトコルを用いてこれらのシステムの有効性をモニタリングすることにより、これらの手法が水圏生態系を保護していることを確実にすることができます。

vegetated-treatment-systems-for-removing-contaminants-associated-with

Research

JoVE Journal

Environment

環境

本論文では、からの流出水に化学成分の定量化のために選択された間隔で、時間と流出サブサンプル集で、総流出量を測定するために装備24の個別33.6メートル2フィールドプロットを含む千メートル2施設の設計、建設、および機能について説明しますシミュレートされた家の芝生。...

アーバン流出研究施設の設計と建設

フィールドlysimetryと間隙水のサンプリングは、研究者が土壌や植生確立に適用される化学物質の運命を評価することを可能にする。このプロトコルの目的は、必要な計測機器を設置し、統合されたフィールドlysimetryと間隙水のサンプリング実験中に化学分析のためのサンプルを収集する方法を示すことです。...

統合フィールドLysimetryと間隙水土壌中の化学物質の移動性の評価のためのサンプリングと設立植生

微生物の硫酸塩の減少は、環境バイオテクノロジーにおいて非常に重要なプロセスです。硫化反応器の成功は、他の要因の中でもとりわけ、スラッジの微生物組成に依存します。ここでは、還元的脱塩素化の目的で、UASB反応器の熱水噴出孔堆積物から硫化性汚泥を開発するためのプロトコルを紹介します。...

上向流嫌気性スラッジブランケット炉内の海洋堆積物やトリクロロエチレンの削減からSulfidogenic汚泥の開発

土壌透水排水灌漑への影響: 結合フィールド サンプリングと飽和透水係数の実験室測定

大気汚染は、すべての生物の生活の質に影響を与えます。ここでは、微細藻類バイオテクノロジーを用いたバイオガス処理(二酸化炭素と硫化水素の同時除去)と、半工業的な開放型高速藻類池によるバイオメタン生産、およびその後の処理効率、pH、溶存酸素、微細藻類の成長の分析について説明します。...

準工業用高速藻類池における微細藻類-バクテリアシステムを用いたバイオガス精製

チファ・ラティフォリアは主に根茎を介して無性繁殖しますが、その広範な根系により収集の課題が生じます。この論文では、種子から T. latifolia...

Typha latifolia(ガマ)の培養と微生物のバイオオーグメンテーションのための最適化された方法

建設された湿地処理システムは、何十年にもわたって廃水の処理に使用されてきましたが、オイルサンドの影響を受ける水域の処理への適用は比較的新しいものです。この可能性を探求するために、表面流メソコズムの設計と実験方法の概要を説明します。このアプローチは、主要な設計パラメータの理解を深め、治療効果を向上させることを目的としています。...

排水処理のためのメソコスムスケール人工湿地設計

この研究では、医薬品やパーフルオロアルキル物質およびポリフルオロアルキル物質(PFAS)を含む水中の微小汚染物質を分解するために、双曲線渦プラズマ反応器内で6種類のプラズマ放電を生成する方法論を提示します。...

水中の微小汚染物質を除去するための双曲線渦プラズマ反応器の実装

降雨シミュレータは、尿素、非点源の環境汚染物質の運命と輸送の研究にパックされた土壌のボックスへの一様な降雨の一貫した率を適用するために使用された。均一な土壌や降雨条件下では、前件土壌水分量は、表面流出中の尿素の損失に強い制御を発揮した。...

土壌流出を研究する降雨シミュレーションを行うためのプロトコル

バークホルデリアsartisoli RP037-MCHEと全細胞バイオレポーターアッセイは、水飽和モデル系内の空気で満たされた細孔を橋渡し菌糸体により能動輸送後の細菌による分解に利用可能な有機汚染物質（ すなわち、フルオレン）の画分を検出するために開発されました。...

水不飽和システムにおける有機汚染物質の輸送および生物学的利用能を評価するために、全細胞バイオレポーターアプローチ

学ぼう、植物処理システムを用いた農業・都市流出水からの農薬除去法。淡水無脊椎動物毒性試験と化学分析を組み合わせ、地表水質保護の効果を評価する手法です。

農業および都市流出における地表水毒性に伴う汚染物質除去のための植物処理システム

さらに動画を探す