Vegetabiliska behandlingssystem för avlägsnande av föroreningar i samband med ytvattendoxicitet i jordbruk och urban avrinning
Summary
Denna artikel sammanfattar designattributen och effektiviteten hos behandlingssystem som behandlar urban stormvatten och jordbrukets bevattningsavlopp för att avlägsna bekämpningsmedel och andra föroreningar i samband med akvatisk toxicitet.
Abstract
Urban stormvatten och jordbrukssköljning avrinning innehåller en komplex blandning av föroreningar som ofta är giftiga för intilliggande mottagande vatten. Avrinning kan behandlas med enkla system avsedda att främja sorption av föroreningar till vegetation och mark och främja infiltration. Två exempelsystem beskrivs: ett biosvaltbehandlingssystem för stormvattenbehandling i städerna och en vegetation för avloppsavverkning för behandling av avloppsavrinningen från jordbruket. Båda har liknande egenskaper som minskar föroreningsbelastningen i avrinningen: vegetation som resulterar i sorption av föroreningarna till mark- och växtytorna och vatteninfiltrering. Dessa system kan också inkludera integrationen av granulerat aktivt kol som ett poleringst steg för att avlägsna resterande föroreningar. Genomförandet av dessa system inom jordbruks- och urbana vattenområden kräver systemövervakning för att verifiera behandlingseffektivitet. Detta inkluderar kemisk övervakning av specifika föroreningar som är ansvariga för toxicitet.Det aktuella dokumentet betonar övervakning av nuvarande användningsbekämpningsmedel eftersom dessa är ansvariga för ytvattentoxicitet hos vattenlevande ryggradslösa djur.
Introduction
Ytvattendoxicitet är utbredd i Kaliforniens vattenområden och årtionden av övervakning har visat att toxicitet ofta beror på bekämpningsmedel och andra föroreningar 1 . De främsta källorna till ytvattenförorening är stormvatten och bevattning avrinning från städer och jordbrukskällor. Eftersom vattendrag upptäcks som nedbrutna på grund av föroreningar och toxiciteten identifieras ur städer och jordbrukskällor, samverkar vattenkvalitetsregulatorer med statliga och federala finansieringskällor för att genomföra metoder för att minska föroreningsbelastningen. Grön infrastruktur främjas i Kalifornien urbana vattendomen för att minska översvämningen och öka återhämtningen av stormvatten genom infiltration och lagring. Medan Low Impact Development (LID) -design är mandat för nybyggnation i många regioner har få studier övervakat effekten av dessa system utöver mätningar av konventionella föroreningar som lösta fasta ämnen, metaller och kolvätenbons. Mer intensiv övervakning har nyligen utvärderat minskningar av kemiska koncentrationer och kemisk belastning som är ansvarig för ytvattendoxicitet och att direkt avgöra huruvida biosvaler reducerar toxiciteten hos avrinningen. Detta har visat att bioswales är effektiva för att avlägsna toxicitet i samband med vissa föroreningar klasser 2 , men ytterligare forskning krävs för framväxande kemikalier av intresse.
Grönsaksbehandlingssystem implementeras också i jordbruksvattendomen i Kalifornien, och dessa har visat sig vara effektiva när det gäller att minska bekämpningsmedel och andra föroreningar i avrinningsavrinningen 3 , 4 . Dessa system representerar komponenter i en serie av metoder för att minska föroreningsbelastningen till ytvatten. Eftersom de är avsedda att mildra föroreningar som är ansvariga för ytvattendoxicitet övervakar en nyckelkomponent i genomförandeprocessen att eNsure deras långsiktiga effektivitet. Övervakning omfattar både kemiska analyser av kemikalier som berörs samt toxicitetsprovning med känsliga indikatorarter. I den här artikeln beskrivs protokoll och övervakningsresultat för en bioswale stadsparkering och ett jordbruksgrödat avloppssystem.
Designegenskaperna hos en typisk parkeringsplats bioswale, som kan användas för att behandla stormavrinning i en typisk blandad användning av shoppingområdet, beror på det område som behandlas. I det exempel som beskrivs här skapar 53.286 kvadratfot asfalt en ogenomtränglig yta som dränerar till en svall, som består av 4 683 kvadratmeter landskapsarkitektur. För att rymma avrinning från denna yta omfattar en 215 fot lång plattform, halv-V-formkanal svällen med en sidovägning mindre än 50% och en longitudinell sluttning på 1% ( Figur 1 ). Denna svall består av tre skikt inklusive nötkreatursgräs planterad i 6 tum av toppjord, layeRöd över 2,5 fot komprimerad undergrad. Stormvatten strömmar från parkeringsplatser till flera ingångspunkter längs svärgen. Vattnet infiltrerar det vegeterade området, genomtränger sedan underlaget och dräneras i en 4-tums perforerad dränering. Detta system dränerar vatten genom ett system som plumbas till en intilliggande våtmark som slutligen dränerar till en lokal bäck.
Protocol
Representative Results
Discussion
De metoder som beskrivs i detta protokoll är avsedda som slutgiltiga steg i en övergripande strategi för att avlägsna föroreningar i jordbrukets bevattning och stormvattenavrinning. Användning av bioswales och andra urban grön-infrastruktur LID-metoder är avsedda som en sista del av pusselet för att avlägsna föroreningar i avrinningen innan de når närliggande mottagande vatten. Detta protokoll betonar metoder för att övervaka stadsbiosvaler för att bestämma behandlingseffektivitet för att avlägsna tox…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Finansiering för det arbete som beskrivs här kom från California Department of Pesticide Regulation och California Department of Water Resources.
Materials
| HOBO tipping-bucket digital logger rain gauge | Onset Computer Co., Bourne MA, USA) | Onset RG3 | Rain gauge |
| Mechanical geared pulse flow meter | Seametrics Inc., Kent WA | Seametrics MJ-R | Flow meter for measuring bioswale outlet flow |
| Filtrexx SafteySoxx | Filtrexx Co. – info@filtrexx.com | SafetySoxx | perforated synthetic cloth for granulated activated carbon and compost |
| Granulated activated carbon | Evoqua – Siemens Corp., Oakland CA | AC380 | GAC for agriculture irrigation water treatment |
| Digital flow meters | Seametrics Inc. Kent WA | Ag2000; WMP101 | Flow meters for agriculture irrigation treatment system monitoring |
| Data Loggers | Campbell Scientific Inc., Logan, UT | CR1000 | Data loggers for recording flow data |
| Peristaltic pumps for composite sampling | Omega Engineering Inc. Stamford CT | Omegaflex FPU-122-12VDC | Pumps for composite sampling |
References
- Anderson, B. S., Hunt, J. W., Markewicz, D., Larsen, K. . Toxicity in California Waters, Surface Water Ambient Monitoring Program. , (2011).
- Anderson, B. S., Phillips, B. M., Voorhees, J. P., Siegler, K., Tjeerdema, R. S. Bioswales reduce contaminants associated with toxicity in urban stormwater. Environ Toxicol Chem. 35 (12), 3124-3134 (2016).
- Anderson, B. S., et al. Pesticide and toxicity reduction using an integrated vegetated treatment system. Environ Toxicol Chem. (30), 1036-1043 (2011).
- Phillips, B. M., et al. . Mitigation Strategies for Reducing Aquatic Toxicity from Chlorpyrifos in Cole Crop Irrigation Runoff. , (2014).
- U.S. EPA. . Method 1640: Determination of Trace Elements in Ambient Waters by On-Line Chelation Pre-concentration and Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry. , (1995).
- U.S. EPA. . Methods for organic chemical analysis of municipal and industrial wastetwater, Method 625- Base/neutrals and acids. , (1984).
- U.S. EPA. . , (1993).
- Johnson, H. M., Domagalski, J. L., Saleh, D. K. Trends in Pesticide Concentrations in Streams of the Western United States. J Am Water Resour Assoc. 47 (2), 265-286 (1993).
- Siegler, K., Phillips, B. M., Anderson, B. S., Voorhees, J. P., Tjeerdema, R. S. Temporal and spatial trends in sediment contaminants associated with toxicity in California watersheds. Environ Poll. , 1-6 (2015).
- U.S. EPA. . Methods for measuring acute toxicity of effluents and receiving water to freshwater and marine organisms. , (2002).
- Bailey, H. C., et al. Joint acute toxicity of diazinon and chlorpyrifos to Ceriodaphnia dubia. Environ Toxicol Chem. 16, 2304-2308 (1997).
- Supowit, S., Sadaria, A. M., Reyes, E. J., Halden, R. U. Mass balance of fipronil and total toxicity of fipronil-related compounds in process streams during conventional wastewater and wetland treatment. Environ Sci Technol. 50 (3), 1519-1526 (2016).
- Stang, C., Bakanov, N., Schulz, R. Experiments in water-macrophyte systems to uncover the dynamics of pesticide mitigation processes in vegetated surface waters/streams. Environ Sci Pollut Res. , (2015).
- Schulz, R. Field studies on exposure, effects, and risk mitigation of aquatic nonpoint-source insecticide pollution: A review. J Environ Qual. 33 (2), 419-448 (2004).
- Moore, M. T., et al. Transport and fate of atrazine and lambda-cyhalothrin in a vegetated drainage ditch in the Mississippi Delta. Agric Ecosyst Environ. 87, 309-314 (2001).
- Phillips, B. M., et al. The Effects of the Landguard A900 Enzyme on the Macroinvertebrate Community in the Salinas River, California, United States of America. Arch Environ Contam Toxicol. 70 (2), 231-240 (2016).
- Han, W., Fang, J., Liu, X., Tang, J. Techno-economic feasibility evaluation of a combined bioprocess for fermentative hydrogen production from food waste. Bioresource Technology. , 107-112 (2016).
- Solomon, K. R., Giddings, J. M., Maund, S. J. Probabilistic risk assessment of cotton pyrethroids: I. Distributional analysis of laboratory aquatic toxicity data. Environ Toxicol Chem. 20, 652-659 (2001).
- Weston, D. P., Lydy, M. J. Toxicity of the Insecticide Fipronil and Its Degradates to Benthic Macroinvertebrates of Urban Streams. Environ Sci Tech. , (2014).
- Voorhees, J. P., Anderson, B. S., Phillips, B. M., Tjeerdema, R. S. Carbon treatment as a method to remove imidacloprid from agriculture runoff. Bull Environ Contam Toxicol. , (2017).
