Many parts of the world, and especially developing countries, are experiencing severe water shortage problems. This is causing increased use of untreated or partially-treated wastewater for irrigation. Consequently, many pollutants such as surfactants, present in wastewaters, could influence fate and transport of agricultural chemicals in soils. Therefore, a field lysimeter study was undertaken to investigate the effect of non-ionic surfactant, Brij 35, on the fate and transport of two commonly used antibiotics, oxytetracycline (OTC) and monensin (MON), and an herbicide, metribuzin. Twenty seven PVC lysimeters, 1.0 m long x 0.45 m diameter, were packed with a sandy soil to a bulk density of 1.35 Mg m-3. Cattle manure, containing these compounds, was applied at the surface of the lysimeters at the recommended rate of 10 t/ha. Three types of wastewaters, i.e., good, poor, and very poor, were simulated by using three aqueous Brij 35 concentrations of 0, 0.5 and 5.0 g L 1, respectively, and applied to lysimeters, in triplicate, for each compound. Over a 90-day period, soil and leachate samples were collected and analyzed. Sorption experiments were also conducted for all compounds in the laboratory in the presence and absence of surfactant. Overall, the OTC and monensin mobility in the lysimeter study significantly increased in the presence of the surfactant (p<0.01). The maximum OTC concentration in the leachate was 102.72 µg L-1 for the surfactant concentration of 0.5 g L-1, which was higher than both control and the high surfactant concentration treatment. Unlike OTC, monensin leaching increased significantly with increasing surfactant concentration (p<0.01), and the maximum detected concentration in the leachate was 5.83 µg L-1 for the surfactant concentration of 5.0 g L-1. The laboratory study also showed that the sorption coefficient of OTC significantly reduced in the presence of the surfactant (p<0.05); it changed from 23.55 mL g-1 in the aqueous medium to 19.49, 12.49 and 14.53 mL g-1, respectively, in the presence of the surfactant at concentrations of 0.25, 2.5 and 5 g L-1. It may, however, be noted that the sorption coefficient was higher for the highest surfactant concentration used. However, in the case of monensin, the sorption coefficient reduced significantly (p<0.01) from 120.22 mL g-1 in the aqueous medium to 112.20, 100 and 63.09 mL g-1 with surfactant concentrations of 0.25, 2.5 and 5 g L-1, respectively. Herbicide movement may also be affected by surfactants; therefore, the mobility of a commonly-used herbicide, metribuzin, was investigated. In the presence of the surfactant, a significant increase in metribuzin movement (p<0.05) in the soil profile was observed. The highest metribuzin concentration in the leachate was 84.80 µg L-1 for the 5.0 g L-1 surfactant treatment. However, no significant differences on mobility were observed for the two treatments with differing surfactant concentrations. The laboratory sorption study showed that the sorption coefficient of metribuzin significantly decreased with increasing surfactant concentration (p<0.05). It can be concluded that nonionic surfactants may increase the mobility of agricultural pollutants, including antibiotics and herbicides, in soil. Therefore, irrigation with poor quality water can potentially cause ground water contamination. / Plusieurs régions du monde, particulièrement celles en voie de développement, souffrent d'une pénurie d'eau. Afin de composer avec l'augmentation de la demande en produits alimentaires et la pauvreté au sein d'une population croissante, des eaux usées partiellement- ou non-traitées servent souvent a l'irrigation. Il en survient que plusieurs polluants, incluant des agents de surface, peuvent être présents dans ces eaux d'irrigation et influencer le devenir et le transport de pesticides et antibiotiques dans les sols agricoles. Une étude lysimétrique au champ visa à évaluer l'effet de l'agent de surface non-ionique, Brij 35, sur le devenir et le transport de deux antibiotiques, l'oxytétracycline (OTC) et le monensin (MON), ainsi qu'un herbicide le metribuzin. Vingt-sept lysimètres en PVC, hauteur 1.0 m diamètre intérieur 0.45 m, furent remplis d'un sol sablonneux à une densité apparente de 1.35 Mg m-3. Du fumier de vache, contenant les composés sous étude fut épandu à la surface des lysimètres au taux recommandé de 10 Mg ha-1. Pour chaque polluant, chacun des trois lysimètres répliquats fut arrosé d'une des trios solutions aqueuses de l'agent de surface Brij 35 (0, 0.5 ou 5 g L 1), représentant une qualité d'eau d'irrigation 'bonne,' 'mauvaise' ou 'très mauvaise'. Sur une durée de 90 jours, des échantillons de sol et de lixiviat furent obtenus et analysés. Des expériences en laboratoire additionnelles furent conduites en réacteur pour évaluer le potentiel de sorption des composés à l'étude. La présence de l'agent de surface non-ionique Brij 35 diminua de façon significative (p<0.05) le coefficient de sorption de l'OTC, soit de 23.55 ml g-1 en milieu aqueux, à 19.49, 12.49 et 14.53, respectivement, en la présence de 0.25, 2.5 et 5 g L-1 de Brij 35. La mobilité de l'OTC fut significativement moindre en présence de 0.5 g L-1 vs. 5.0 g L 1 de Brij 35. La concentration maximale en OTC du lixiviat fut de 102.72 µg L-1. Le coefficient de sorption du MON diminua de façon significative (p<0.05) de 120.22 mL g-1 en milieu aqueux, à 112.20, 100 et 63.09 mL g-1, respectivement, en présences de 0.25, 2.5 et 5 g L-1 de Brij 35. Si la demi-vie (t½) du MON fut de 5.72 jours en eau du robinet, elle augmenta à 9.62 et 11 jours, respectivement, en presence de 0.5 et 5.0 g L-1 Brij 35. La concentration maximale de MON détecté dans le lixiviat fut de 5.83 µg L-1. Dans le laboratoire, la sorption/désorption de l'OTC fut comparé à celle du sulfachloropyidazine (SCP) en présence et en absence d'un agent de surface non-ionique. En contraste à l'OTC, la présence d'un agent de surface augmenta de façon significative le potential de sorption du SCP au sol, tel qu'en témoigne le coefficient de sorption coefficient (KF) pour le SCP qui augmenta de 19.95 mL g-1 en absence de Brij 35, à 95.49 mL g-1 et 66.06 mL g-1 en présence de Brij 35 à des concentrations de 2.5 g L-1 et 5 g L-1, respectivement. Le coefficient de désorption de l'OTC en l'absence d'agent de surface fut de 61.58 mL g-1, tandis qu'en présence de 2.5 g L-1 Brij 35 elle diminua à 50.35 mL g-1. Comparativement, pour le SCP, les valeurs correspondantes furent de 1.24 and 1.38 mL g-1. Un phénomène d'hystérèse dans le cas du SCP en présence vs. absence de Brij 35 indiqua le bas potentiel de lixiviation du SCP en présence d'un agent de surface. Cependant, l'OTC se montra facilement désorbée en présence de Brij 35 en forme micellaire. Vu les inquiétudes quant a l'utilisation constante d'herbicides dans la production agricole actuelle, le potentiel d'une mobilité accrue de l'herbicide métribuzine en présence d'agents de surface s'avéra digne d'attention. La métribuzine présenta une mobilité accrue et une moindre affinité de sorption au sol et t½ en présence de micelles de Brij35 comparé à en leur absence. Les agents de surface ont augmenté la mobilité en sol des polluants étudiés. L'irrigation avec des eaux de mauvaise qualité peut donc poser un risque de contamination des eaux souterraines.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.119479 |
| Date | January 2013 |
| Creators | ElSayed, Eman |
| Contributors | Shiv Prasher (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Bioresource Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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