Mod en smartere måde at genoplade grundvandsmagasinet

For at genopbygge grundvandet, mange kommuner injicerer genvundet vand i udtømte grundvandsmagasiner. Det indsprøjtede vand er blevet renset ved sekundær spildevandsrensning, og, i nogle tilfælde, vandet er blevet behandlet gennem tertiære processer og kan være rent nok til at drikke direkte.

Det oprindelige vand i grundvandsmagasinet var kemisk stabilt, i ligevægt med de omgivende klipper, og blev langsomt genopladet af naturlige processer (vandinfiltration). Imidlertid, når der forbruges mere grundvand, end de naturlige processer kan genoprette, konstrueret genopladning med renset, genvundet vand er nødvendigt. Desværre, over tid, det genvundne vand bliver nogle gange forurenet.

Et forskerhold ved McKelvey School of Engineering ved Washington University i St. Louis, ledet af Young-Shin Jun, professor i energi, miljø- og kemiteknik; og Xuanhao Wu, en ph.d.-studerende i Juns laboratorium, har fastslået, hvordan det drikkevand, der bruges til at genoplade en akvifer, kan blive forurenet med farlige niveauer af arsen.

Forskningen blev offentliggjort i Miljøvidenskab og -teknologi .

I en administreret grundvandsopladning, "vi trækker konstant vandførende lag ned, men vi genopfylder det aldrig nok, " sagde Jun.

"Vores befolkning kan vokse hurtigt, og vores livsstil bliver mere vandafhængig, men den naturlige genopfyldningsproces er langsom, " sagde hun. "Så vandforvaltningspraksis har udviklet en måde at injicere vand på for at kompensere for vores forbrug og opnå miljømæssig bæredygtighed."

Det er vigtigt at holde vandførende lag fyldt af et par grunde. Ved kysterne, salt havvand kan fylde en udtømt grundvandsmagasin, skabe en katastrofal situation for økosystemet og afgrøderne, som grundvandsmagasinet fodrer. Og, hvis den udtømte zone forbliver tom, synkehuller kan opstå, og jorden kan synke. Dermed, genopfyldning af grundvandsmagasiner for at give drikkevand er en standardpraksis på steder fra Californien til Florida.

Men for omkring 10 år siden, når du arbejder på administreret akvifer-genopladning med Environmental Protection Agency (EPA), Jun stødte på en forvirrende situation.

"Da vi injicerede vandet, det var godt, " hun sagde, "men da vi trak det tilbage, det var dårligt, tilsmudset med arsen. Hvad var der galt?"

Det viste sig, at selvom vandet, der blev sprøjtet ind i grundvandsmagasinet, normalt var rent nok til at drikke, det bragte noget nyt til grundvandsmagasinet:ilt.

"Ved at injicere genvundet vand, vi udløser oxidativ opløsning af sulfidmineraler i grundvandsmagasinet, som var stabile ved lave iltniveauer, " sagde hun. Især hun så på arsenopyrit (FeAsS), et mineral, der opløses til jern, svovl og, afgørende, arsenik. Før arsenet kan nå problematiske niveauer, imidlertid, en anden reaktion finder sted.

"Jernet udfælder til jernoxider eller hydroxider, " sagde Jun. Arsenet adsorberer, eller overholder, til jernoxider eller -hydroxider, som er uopløselige, holde arsen ude af vandet.

Der er, imidlertid, en anden vigtig faktor.

Opløst organisk stof (DOM) - forbindelser, der indeholder kulstof - ændrer situationen drastisk. "Med høje niveauer af organiske forbindelser, vi fandt ud af, at udfældningsreaktionen er undertrykt, " sagde Jun. Når udfældning af jernoxider eller -hydroxider undertrykkes, arsenet adsorberer ikke tilstrækkeligt. I stedet, den forbliver tilgængelig i vandet.

Jun er hurtig til at understrege, at dette er mere end en eksperimentel øvelse i laboratorieøvelser. "Dette er ikke et potentielt fremtidigt problem, " hun sagde, bemærker, at brug af genvundet vand er faktisk praksis lige nu. "Når man tænker på vandindvinding fra grundvandsmagasiner, vi er nødt til at overveje organisk stofs roller, " sagde Jun.

"Vi er nødt til at tage hensyn til DOM'erne i injiceret vand for at sikre, at de ikke udløser mere mobilisering af toksiner, " sagde Jun. "Rollerne for DOM'er i styret akvifer-genopladning bør inkluderes i de forudsigelige modeller. At vide, hvordan vandkemi ændrer de kemiske reaktioner i en grundvandsmagasin, vil sætte os i stand til fuldt ud at udnytte vandet, i stedet for at kassere det som affald.

"Vær venlig at huske på, at der kun er én slags vand i verden, " hun sagde.

"Alt vand - drikkevand, havvand, grundvand, spildevand, regnvand, gråvand, og mere - er simpelthen 'vand'. At holde det sikkert og bæredygtigt er vores fortsatte hjemmearbejde."