Các nhà nghiên cứu về đất đã giải quyết được bí ẩn của nước bị ô nhiễm asen

Trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học của Stanford đã chỉ ra rằng nước tái chế lưu thông vào tầng chứa nước ngầm ở Nam California đã thu được một lượng nhỏ asen vì nước quá tinh khiết.

Nghiên cứu được công bố trực tuyến trên tạp chí Environmental Science & Technology, đã làm sáng tỏ một khía cạnh chưa rõ ràng về nạp lại nước ngầm bằng nước tái chế tinh khiết, đó là sự huy động tiềm năng của asen. Arsenic là một nguyên tố tự nhiên xảy ra có thể gây ra suy giảm cơ quan và ung thư ở người có tiếp xúc kéo dài vượt quá ngưỡng sức khỏe đã được xác định.

Phát hiện này có ý nghĩa ngoài California, vì ngày càng có nhiều cộng đồng ngày càng khai thác và tích cực quản lý nguồn nước ngầm để chống lại hạn hán và nguồn cung cấp nước đang cạn kiệt. Đồng tác giả của nghiên cứu, Scott Fendorf, Giáo sư gia đình Huffington về Khoa học Trái đất và một chuyên gia cấp cao cho biết: “Trên bình diện toàn cầu, khi chúng ta đang thúc đẩy các nguồn nước của chúng ta, việc sử dụng nước ngầm, bổ sung nước ngầm và lưu trữ nước dưới mặt đất đang gia tăng. người bạn đồng hành của Viện nghiên cứu môi trường Woodford Woodford.

Vấn đề ban đầu được đưa ra khi Hạt Orange Quận Cam (OCWD) ở Fountain Valley, Calif, nhận thấy rằng nước thải tái chế đã trải qua quá trình tinh chế nghiêm ngặt cho thấy sự gia tăng tạm thời ở mức độ arsenic tạm thời sau khi nó xâm nhập vào đất và trầm tích từ các bể chứa nước (các ao nuôi cá lớn, chủ yếu) vào các tầng chứa nước ngầm.

Lọc nước tiên tiến

Quận Cam khác với hầu hết các cộng đồng trong đó xử lý nước thải đã qua xử lý thay vì thải trực tiếp vào các con sông và đại dương. Quá trình lọc nước tại OCWD, được gọi là Hệ thống Bổ sung Nước ngầm, là một trong những công nghệ tiên tiến nhất trên thế giới và bao gồm ba bước chính: lọc vi, thẩm thấu ngược và làm sạch cuối cùng với ánh sáng cực tím và hydrogen peroxide.

“Sự thẩm thấu ngược thực sự là trọng tâm của quá trình của chúng ta, và nó liên quan đến việc ép nước qua một màng bán tinh khiết được thiết kế cơ bản như một sàng sàng phân tử, cho phép các phân tử nước đi qua nhưng từ chối các phân tử và ion khác tan ra”, đồng tác giả của nghiên cứu Jason Dadakis, giám đốc điều hành về y tế và quản lý của OCWD.

Sau đó, nước tinh khiết được cấp nước tập trung 13 dặm từ nhà máy xử lý để nạp tiền trạm, nơi nó thấm vào nước ngầm dưới đất và được lưu trữ ít nhất sáu tháng trước khi nó được phát hành để sử dụng bởi 2,4 triệu cư dân của quận. OWCD cẩn thận theo dõi nước qua từng bước của quá trình làm sạch và lưu trữ.

Bắt đầu từ năm 2009, các kết quả từ các giếng quan trắc nước ngầm gần các bồn chứa nạp tiền lần đầu tiên đã phát hiện được mức asen tăng cao, và trong một số trường hợp, mức này cao hơn mức tiêu chuẩn nước uống Mỹ được chấp nhận là 10 microgam / lít. Sự đột biến arsenic là tạm thời, và trở lại mức nền chấp nhận được vào thời điểm nước được chiết xuất để sử dụng xa hơn.

Dadakis nói: “Không có vấn đề gì là nước ngầm cung cấp cho tiêu thụ công cộng trong khu vực không an toàn, nhưng OCWD đang cân nhắc việc mở rộng nguồn nước tái chế tinh khiết, vì vậy chúng tôi nghĩ rằng sẽ rất thận trọng khi hiểu rõ hơn về những gì đang diễn ra.

Một cuộc điều tra của OCWD cho thấy khi nước tái sử dụng đến các bể chứa dầu thì không có asen, do đó sự nhiễm bẩn phải xảy ra khi nước xâm nhập vào lòng đất. Tuy nhiên, không có cơ chế kích hoạt bình thường nào đối với ô nhiễm arsenic dường như được áp dụng. Ví dụ, ở Đông Nam Á, nhiễm asen chủ yếu là do vi khuẩn loại bỏ oxy khỏi đất và tạo ra các điều kiện k an khí gây ra các nguyên tử arsenic di chuyển từ các trầm tích vào trong nước. Tuy nhiên, OCWD đã đun sôi nước của họ, do đó mức oxy thấp không phải là để đổ lỗi.

Phát động một cuộc điều tra asen

Các nhà điều tra của OCWD cũng nhận thấy một điều tò mò khác: Chỉ có nước tái sử dụng tinh khiết làm tăng thỏi asen. Nước tràn và nước nhập khẩu từ Sông Colorado đã không lấy asen vào trong các trạm sạc. Bối cảnh, Dadakis tranh thủ sự giúp đỡ của Fendorf, một nhà khoa học về đất đai tại Trường Khoa học Trái đất, Năng lượng và Môi trường Stanford.

Nhóm nghiên cứu Fendorf đã phân tích mẫu trầm tích từ các trạm nạp tiền và phát hiện ra rằng arsenic có nồng độ rất thấp trong một dải đất sét mỏng trên lớp nước ngầm. Điều này giải thích tại sao arsenic lại xuất hiện, nhưng không phải là làm thế nào thạch tín rơi vào trong nước.

Các thí nghiệm tiếp theo cuối cùng đã tiết lộ thủ phạm: Nước quá tinh khiết. Cụ thể, nước cất từ ​​nhà máy xử lý thiếu canxi và magiê; sự thiếu hụt này đã làm cho các nguyên tử canxi và magiê trong các trầm tích di chuyển vào trong nước và từ những hạt đất sét có chứa chất asen. Với các ion canxi và magiê để lại bề mặt đất sét, các ion asen đã bị đẩy lùi khỏi bề mặt đất sét và xâm nhập vào nước. Các nguồn nước khác được sử dụng để bổ sung nước ngầm không có trong asen vì chúng chứa nhiều canxi và magiê.

“Đây là một sự kích hoạt mới cho sự nhiễm bẩn ở arsenic mà trước đây chưa từng được đánh giá cao”, Fendorf nói.

Giờ đây, nguyên nhân gây ra vụ nổ arsenic được biết đến, OCWD đang thử nghiệm các cách để khắc phục sự cố. Một giải pháp có thể là bổ sung canxi vào nước trong suốt quá trình điều trị.

“Chúng tôi đã thay đổi một số hoạt động sau khi điều trị của chúng tôi ở đây”, Dadakis nói. “Gần đây chúng ta chú ý đến mức canxi và thực sự đã làm nó tăng lên nhanh chóng, một phần do những khuyến cáo đưa ra trong quá trình làm việc của Scott”

Fendorf lưu ý rằng khi nhiều cộng đồng xem xét việc vận dụng các nguồn nước ngầm và tăng trữ nước ngầm thì nguy cơ ô nhiễm quy mô lớn sẽ gia tăng. Fendorf cho biết: “Chỉ cần một ít arsenic hoặc các nguyên tố khác làm nhiễm bẩn tầng nước ngầm lớn. “Ở Orange County, chất gây ô nhiễm là asen, nhưng ở các khu vực khác, nó có thể là uranium, crom, selen hoặc boron.”