Ferskvandssaltforurening truer økosystemer og menneskers vandsikkerhed

Vand berører stort set alle aspekter af det menneskelige samfund, og alt liv på jorden kræver det. Endnu, frisk, rent vand bliver mere og mere knap – hver ottende mennesker på planeten mangler adgang til rent vand. Drivere af ferskvandssaltforurening såsom afisninger på veje og parkeringspladser, vandblødgørere, og spildevand og industriudledninger truer yderligere ferskvandsøkosystemers sundhed og menneskelig vandsikkerhed.

"Indlands ferskvandssaltforurening stiger i hele landet og på verdensplan, og vi undersøgte den potentielle konflikt mellem håndtering af ferskvandssaltforurening og den bæredygtige praksis med at øge vandforsyningen gennem tilsætning af højt renset spildevand til overfladevand og grundvand, " sagde Stanley Grant, professor i civil- og miljøteknik ved Virginia Tech College of Engineering. "Hvis vi ikke finder ud af, hvordan vi snart kan vende denne tendens med saltforurening, det kan blive en af ​​vores nations største miljømæssige udfordringer."

Grant og hans samarbejdspartnere har for nylig offentliggjort deres resultater i tidsskriftet Naturens bæredygtighed .

I en nylig modelundersøgelse, det blev forudsagt, at saltforureningen vil stige med over 50 procent i mere end halvdelen af ​​de amerikanske vandløb i 2100. Ferskvandssaltforurening er forbundet med nedgangen i biodiversiteten, kritisk ferskvandshabitat, og mangel på sikkert drikkevand.

"Vi fandt ud af, at der er adskillige muligheder for at reducere bidraget fra saltforurening i det højt rensede spildevand, der udledes til Occoquan Reservoir, og ferskvandsforurening mere generelt, sagde Peter Vikesland, professor i Institut for Bygge- og Miljøteknik og tilknyttet fakultetsmedlem i Global Change Center, indkvarteret i Fralin Life Sciences Institute ved Virginia Tech. "Disse bestræbelser vil kræve overvejende engagement med et mangfoldigt fællesskab af vandskelinteressenter og omhyggelig overvejelse af det lokale politiske, social og miljømæssig sammenhæng."

Fra tidsseriedata indsamlet over 25 år, forskerne kvantificerede bidragene fra tre saltholdighedskilder - højt renset spildevand og udstrømning fra to hurtigt urbaniserende vandskel i det nordlige Virginia - til den stigende koncentration af natrium, en vigtig ion forbundet med ferskvandsforurening.

Occoquan Reservoir, et regionalt vigtigt drikkevandsreservoir i det midtatlantiske USA, ligger cirka 30 km sydvest for Washington, D.C., i det nordlige Virginia, og er en af ​​to primære kilder til vandforsyning for næsten 2 millioner mennesker i Fairfax County, Virginia, og omkringliggende samfund. På årsbasis, cirka 95 % af vandet, der strømmer ind i reservoiret, kommer fra dets bifloder Occoquan River og Bull Run.

"Dette studie eksemplificerer kraften ved at kombinere historiske data og nye beregningsværktøjer; det understreger den utrolige værdi af langsigtet overvågning, " sagde Grant, som er meddirektør for Occoquan Watershed Monitoring Lab og et tilknyttet fakultetsmedlem i Center for Coastal Studies ved Virginia Tech. "Det er et vidnesbyrd om visionen for Virginia Tech og Occoquan Watershed Monitoring Lab og deres samarbejde med interessenter i vandskellet, inklusive Fairfax Water og Upper Occoquan Service Authority, gennem de sidste to årtier."

Forskerne fandt ud af, at stigende saltforurening i reservoiret først og fremmest skyldes afstrømning af vandskel i vådt vejr og stærkt renset spildevand under tørt vejr.

På alle evaluerede tidsplaner, natriumkoncentrationen i det rensede spildevand er højere end i udløbet fra de to vandskel. Natrium i det rensede spildevand stammer fra kemikalier tilsat under spildevandsrensning, industrielle og kommercielle udledninger, menneskelig udskillelse og drænbortskaffelse af drikkevand og natriumrige husholdningsprodukter.

"Vores undersøgelse er unik, fordi den samler ingeniører, økologer, hydrologer, og samfundsforskere til at undersøge og tackle en af ​​de største trusler mod verdens vandkvalitet, " sagde Sujay Kaushal, en medforfatter på papiret, professor i geologi ved University of Maryland, og en international ekspert i ferskvandssaltning.

Forskerne forestiller sig mindst fire måder, hvorpå saltforurening kan reduceres:begrænse vandkilder til natrium, der kommer ind i vandforsyningen (f.eks. Fra afbrydere) håndhæve strengere forbehandlingskrav på industrielle og kommercielle udledere, skifte til vand- og spildevandsbehandlingsmetoder med lavt natriumindhold, og tilskynde husholdninger til at tage produkter med lavt natriumindhold.

Drikkevandsforsyning og spildevandsopsamlingssystemer bidrager med salt til førstnævnte bidrager i sidste ende også med salt til sidstnævnte.

"Borgerne kan starte i dag eller i morgen med at tænke mere kritisk over, hvad de lægger ned i afløbet, og hvordan det skader miljøet, og til gengæld deres egen drikkevandsforsyning, sagde Vikesland.

Denne forskning er i overensstemmelse med One Water-visionen, der anvendes nationalt og globalt af flere vandressourcesektorer, og det katalyserer robust interessentdrevet beslutningstagning under tilsyneladende modstridende mål.

Denne forskning var en del af et partnerskab mellem Virginia Tech, University of Maryland, Vanderbilt University, og North Carolina State University. Det blev finansieret af et nylig tilskud på flere millioner dollars, som Grant og hans samarbejdspartnere modtog fra National Science Foundation med det formål at håndtere forurening af ferskvandssalt og er en del af National Science Foundation's Growing Convergence Research (GCR) -program, som har til formål at katalysere løsninger på samfundets store udfordringer ved at fusionere ideer, tilgange, og teknologier fra vidt forskellige vidensområder for at stimulere innovation og opdagelse. Erfaringer og erfaringer fra denne forskning vil blive opskaleret nationalt og globalt i samarbejde med The Water Research Foundation.

"Den samarbejdende indsats fra dette yderst tværfaglige team eksemplificerer den type paradigmeskiftende videnskab, som vi søger at katalysere og fremme, " sagde William Hopkins, professor ved College of Natural Resources and Environment, direktør for Global Change Center, og associeret administrerende direktør for Fralin Life Sciences Institute. "Forurening af ferskvandssalt er blevet et stort fokus for forskellige forskere ved Virginia Tech, fordi problemet er så udbredt, bliver værre, og påvirker både miljøet og samfundet. Heldigvis, holdets forskning fremmer vores forståelse af vigtige kilder til saltforurening, så evidensbaserede interventioner kan identificeres og implementeres. Undersøgelsen har vidtrækkende konsekvenser globalt, da vi forsøger at løse dette komplekse miljøproblem. "

Denne undersøgelse afspejler den spændende konvergente tilgang, som det NSF-finansierede projekt tager.

"Mens de biofysiske resultater er front-og-center her, den anerkender de komplekse socio-politiske sammenhænge, ​​hvori disse oplysninger vil blive anvendt, og varsler det samarbejde, multi-stakeholder tilgange til at tackle det ferskvands saltforureningsproblem, som vi i øjeblikket er ved at fremme, " sagde Todd Schenk, assisterende professor i School of Public and International Affairs i College of Architecture and Urban Studies og tilknyttet fakultetsmedlem af Global Change Center og Center for Coastal Studies.