Influence of wastewater on the transport and transformation in irrigated soils

Datum: 27 maart 2018

Locatie: Campus Drie Eiken, C1.09 - Universiteitsplein 1 - 2610 Antwerpen-Wilrijk (route: UAntwerpen, Campus Drie Eiken)

Tijdstip: 17 uur

Organisatie / co-organisatie: Faculteit Wetenschappen

Promovendus: Ali ERFANI AGAH

Promotor: Patrick Meire & Eric de Deckere

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Ali ERFANI AGAH, Faculteit Wetenschappen



Abstract

Irrigeren met afvalwater houdt risico’s in zoals de aantasting van de hydraulische bodemeigenschappen en de vervuiling van het grondwater. Om deze schaduwzijdes te bestuderen,  werd een studie gemaakt van synthetisch afvalwater n eendimensionale aerobe zandkolommen. Een numeriek model, HYDRUS-1D, werd gebruikt om via inverse modellering parameterwaarden voor het transport van water en opgeloste stoffen vast te stellen. Voor de simulatiestudies werden experimenten met twee verschillende schalen gekozen: experimenten op lysimeter-schaal en veldexperimenten.

In de eerste fase werden 12 eendimensionale kolommen gemaakt om de parameters voor waterstroming en transport te karakteriseren. Vier irrigatiebehandelingen met verschillende niveaus in chemisch zuurstofverbruik (COD) werden toegepast. Regelmatige impuls-respons tracertesten werden geanalyseerd met behulp van een transfer-functiemethode om de dispersiecoëfficiënt en snelheid van het poriewater te bepalen. Voor de numerieke simulatie met behulp van HYDRUS-1D werd eerst inverse gemodelleerd met gebruik van gemeten waarden voor watergehaltes en relatieve elektrische conductiviteit (EC) afkomstig van het impuls-respons experiment om de hydraulische eigenschappen van de bodem en de longitudinale neiging tot dispersie in te schatten. Vervolgens werden deze gebruikt in de inverse modellering samen met de COD-gegevens om de afbraak te vinden. De variantieanalyse voor verschillen ten opzichte van de beginwaarden in dezelfde kolommen bevestigde dat er geen significant verschil was in hydraulische transporteigenschappen. De afbraakconstante in de eerste-orde kinetica nam af op dezelfde wijze voor alle COD-behandelingen.

In de tweede fase werden numerieke simulaties uitgevoerd om de accumulatie en transport van nitraat in het bodemprofiel te onderzoeken onder verschillende behandelingen van irrigatie en kunstmest tijdens het groeiseizoen van suikerriet, en om het transport van water en stikstof in suikerriet te simuleren. Op die manier kon finaal de potentiële uitloging van NO3-N van bemeste velden. De resultaten toonden aan dat het verminderen van de potentiële stikstofbemesting sterk afhangt van bodem-eigenschappen, klimaat, tijd, en de wijze en mate van toepassing van kunstmest. In deze studie was de hoeveelheid uitspoeling nauw gerelateerd met de hoeveelheid kunstmest en irrigatiewater. Het model onderschatte nitraat en ammonium in de bodem. Na ijking van het model was dit probleem opgelost, verbeterde de index of agreement tot een aanvaardbaar niveau, en anm de medium fout af. De mechanismen voor de transfer van opgeloste stof, inclusief de transfer van massa, moleculen of ionen, waren een van de redenen voor de goede simulaties.

In de laatste fase werden de waterstroom in de bodem en de fosfor- en stikstofdynamiek gesimuleerd met HYDRUS-1D in een lysimeter met gerst, drie verschillende bodemtypes (zand-leem, leem en klei leem) en geïrrigeerd met vier soorten water tijdens het groeiseizoen (afvalwater, effluent , een mengsel van zuiver water en effluent, en vers water). De resultaten toonden aan dat het effect van irrigatiewater en bodemtype op nitraat uitspoeling significant was (p <0,05). De meeste en minste beweging van nitraat werd respectievelijk vastgesteld in een zandbodem en in een leembodem. Enkel bij gebruik van afvalwater was de uitspoeling van nitraat minder in een kleibodem dan in een leembodem. De meeste en minste nitraatuitspoeling gebeurde respectievelijk bij gebruik van afvalwater en bij gebruik van het mengsel van vers water en afvalwater. De meeste nitraatuitspoeling werd waargenomen in het midden van het groeiseizoen wanneer gerst weinig nitraat nodig had. Het systeem van bodem en plant had een groot potentieel voor infiltratie en verwijdering van nitraat. Ook de niveaus van de NO3-N in deze uitspoelingen waren lager dan de toegestane grenswaarde. Fosfortransport naar diepere bodemlagen was onbeduidend en bedroeg 0,6 tot 1,6 % van het fosfor in het irrigatiewater. In het algemeen overschatte HYDRUS-1D de finale geadsorbeerde PO4 concentraties in de bodem. Afwijkingen in de resultaten suggereerden dat HYDRUS-1D geen rekening hield met verschillen in bodemstructuur in de lysimeter, of dat de Freundlich isotherm PO4 adsorptie niet adequaat kon beschrijven. Verdund afvalwater gebruiken kan een geschikte strategie zijn om de uitspoeling van verontreinigingen in het afvalwater te verminderen alsook de effecten van vermoedelijke risico’s voor bodemeigenschappen te beperken.



Link: http://www.uantwerpen.be/wetenschappen