Un equipo de investigadores ha desarrollado un nuevo método de bajo costo Para el monitoreo continuo y en tiempo real de la contaminación de las aguas subterráneas. El desarrollo podría proporcionar un impulso crítico para los esfuerzos de remediación "verde" que reducen la contaminación de las aguas subterráneas sin afectar negativamente el medio ambiente circundante.

El estudio, titulado “Monitoreo In Situ de la Contaminación del Agua Subterránea Usando el Filtro de Kalman", Es el resultado de una colaboración entre el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía de los Estados Unidos, que está a cargo de la Universidad de California, y el Laboratorio Nacional del Río Savannah.

La necesidad de remediación

Contaminación del agua subterránea, que casi siempre es el resultado de productos químicos fabricados por el hombre y contaminantes que se vierten en el medio ambiente, puede causar una gran cantidad de problemas para el medio ambiente natural y para las poblaciones humanas que residen cerca del área afectada.

Más del 50% de agua potable en los EE. UU. Proviene de aguas subterráneas. También es una de las fuentes de agua más importantes para el riego.

El agua subterránea contaminada, ya sea el resultado del fracking, el uso de pesticidas o los sistemas sépticos defectuosos, puede afectar todo, desde la seguridad de su agua potable hasta la calidad de los alimentos que consume y la salud de las poblaciones de mariscos de los alrededores.

El crecimiento del movimiento ecologista durante el último medio siglo ha despertado la conciencia pública sobre los efectos de la contaminación de las aguas subterráneas. Esta mayor conciencia ha resultado en un gran impulso para limpiar, o remediar, las aguas subterráneas contaminadas.

"La remediación de aguas subterráneas tiene aproximadamente 60 años de historia", dijo el investigador principal Haruko Wainwright, un investigador científico en Berkeley Lab, que es un experto en contaminación de aguas subterráneas y análisis de datos ambientales.

Defectos en los métodos actuales de remediación

Desafortunadamente, la remediación es costosa y difícil de hacer sin causar efectos adversos en el medio ambiente. Como resultado, los expertos en remediación se han alejado cada vez más de la remediación intensiva y la remoción de suelos para buscar estrategias de remediación más "verdes" o pasivas.

"”, Dijo Wainwright. En la última década, se reconoce cada vez más que la remediación intensiva no es efectiva y puede dañar el medio ambiente, ya que consume mucha agua y energía, produce desechos y CO2, y crea potencialmente perturbaciones ecológicas y contaminación del aire". .

“La remediación pasiva o la atenuación natural ahora se considera más sostenible y tiene un beneficio ambiental neto. El monitoreo de las aguas subterráneas es fundamental para garantizar la seguridad pública mientras se implementan estos enfoques sostenibles ".

Como indica Wainwright, las estrategias de remediación más efectivas requieren un monitoreo preciso a largo plazo de la contaminación del agua subterránea. Pero, una vez más, el monitoreo a largo plazo es complejo y costoso.

"El monitoreo convencional consiste en tomar muestras de agua cada año o cada trimestre y analizarlas en el laboratorio", dijo Wainwright. "Si hay anomalías o un evento extremo, podría pasar por alto los cambios que podrían aumentar las concentraciones de contaminantes o el riesgo potencial para la salud".

Esto presenta un desafío: ¿cómo se puede monitorear continuamente los niveles de contaminantes a bajo costo?

El equipo de Wainwright encontró una solución.

El nuevo método

"Nuestra metodología permite el monitoreo continuo in situ [en el sitio] mediante mediciones proxy, por lo que podemos rastrear el movimiento de la pluma en tiempo real", dijo en un comunicado. "El análisis de los datos in situ autónomos se puede analizar rápidamente de forma remota mediante métodos de aprendizaje automático".

El nuevo método implica el uso de sensores para rastrear las variables de calidad del agua que se han determinado como indicadores confiables de los niveles de contaminantes. Estas variables de calidad del agua difieren según el sitio y los contaminantes específicos del agua subterránea.

Para este estudio, los investigadores analizaron las aguas subterráneas en el sitio del río Savannah en Carolina del Sur.

El sitio es un antiguo sitio de producción de armas nucleares; como resultado, los investigadores rastrearon los niveles de agua subterránea de los contaminantes tritio y uranio-238.

Los niveles de estos contaminantes no se pueden medir directamente, por lo que se basaron en mediciones indirectas determinadas como indicadores confiables de tritio y uranio-238. Específicamente, midieron los niveles de acidez o pH y la conductancia específica, que es una medida de la conductancia eléctrica.

Estas mediciones se colocaron en un filtro de Kalman, un algoritmo que se puede usar para medir los cambios en un estado del sistema a lo largo del tiempo en los casos en que el estado del sistema no se puede medir directamente.

"Un filtro de Kalman no es un filtro físico sino un algoritmo matemático que puede integrar datos de series de tiempo mixtas para hacer estimaciones", dijo Wainwright. "Se usa comúnmente en varios campos, como la predicción de tráfico y la detección remota".

Aquí, permitió a los investigadores crear una estimación precisa de las concentraciones de contaminantes.

Luego probaron su técnica contra datos históricos del sitio del río Savannah. Descubrieron que su algoritmo proporcionaba información confiable sobre el comportamiento de la pluma durante los últimos años 20.

Esto sugiere que el método puede ser eficaz como una estrategia de monitoreo a largo plazo para evaluar la estabilidad de la pluma de un contaminante.

También significa que hay menos necesidad de muestreo manual regular de agua subterránea y análisis de laboratorio, que son costosos, así como requieren mucho tiempo y mano de obra.

"Puede actuar como un sistema de alerta temprana. Podemos detectar cambios repentinos en los niveles de contaminantes", dijo Wainwright en un comunicado. "Estos cambios pueden indicar la necesidad de una mayor o menor intervención en términos de la estrategia de remediación, lo que idealmente conduce a una limpieza mejorada y más rentable".

Además, el método también es adaptable.

Se puede utilizar para rastrear tanto los contaminantes del agua superficial como subterránea y podría modificarse para rastrear una amplia variedad de contaminantes, incluidos metales, radionucleidos y compuestos orgánicos, como arsénico, cromo y combustibles.

Todo lo que se requiere es encontrar mediciones confiables in situ. A partir de ahí, los niveles de contaminantes pueden estimarse utilizando el mismo marco.

Es fácil imaginar que este método sea ampliamente utilizado en sitios de todo el país, pero primero, debe ser revisado y aprobado por las agencias reguladoras.

Una vez que lo sea, podría ayudar significativamente a los esfuerzos de remediación.

"Las técnicas mejoradas de monitoreo son esenciales para proteger la salud pública y la ecología", dijo Wainwright en una declaración. "Nuestra técnica es una forma de monitorear una remediación sostenible, de manera efectiva y económica".