La contaminazione delle acque sotterranee è sempre più riconosciuta come un problema ambientale diffuso. La linea d'azione più importante spesso comporta un monitoraggio a lungo termine. Ma qual è il modo più conveniente per monitorare quando i pennacchi di contaminanti sono grandi, complesso, e a lungo termine, o un evento imprevisto come un temporale potrebbe causare improvvisi cambiamenti nei livelli di contaminanti che potrebbero essere sfuggiti al campionamento periodico?

Gli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'energia e del Savannah River National Laboratory hanno sviluppato un metodo a basso costo per il monitoraggio in tempo reale degli inquinanti utilizzando sensori comunemente disponibili. Il loro studio, "Monitoraggio in situ della contaminazione delle acque sotterranee utilizzando il filtro di Kalman, " è stato pubblicato di recente sulla rivista, Scienze e tecnologie ambientali .

"I metodi convenzionali di monitoraggio prevedono il prelievo di campioni d'acqua ogni anno o ogni trimestre e l'analisi in laboratorio, " disse Haruko Wainwright, un ricercatore del Berkeley Lab che ha guidato lo studio. "Se ci sono anomalie o un evento estremo, potresti perdere i cambiamenti che potrebbero aumentare le concentrazioni di contaminanti o potenziali rischi per la salute. La nostra metodologia consente il monitoraggio continuo in situ utilizzando misurazioni proxy, così possiamo monitorare il movimento del pennacchio in tempo reale."

"L'analisi dei dati autonomi in situ può essere rapidamente analizzata in remoto utilizzando metodi di apprendimento automatico, " ha aggiunto. "Può agire come un sistema di allerta precoce:possiamo rilevare cambiamenti improvvisi nei livelli di contaminanti. Questi cambiamenti possono indicare la necessità di un intervento maggiore o minore in termini di strategia di riparazione, idealmente portando a una pulizia migliore e più conveniente."

Il monitoraggio ambientale è diventato più importante negli ultimi anni poiché i metodi di bonifica si sono allontanati dal trattamento intensivo delle acque sotterranee e dalla rimozione del suolo. "La pulizia intensiva ha molti impatti ambientali negativi, compreso l'inquinamento atmosferico, grande consumo di energia-acqua, e produzione di rifiuti, " Wainwright ha detto. "Quindi gli esperti hanno iniziato a pensare a un cambiamento di paradigma da questa bonifica molto intensiva a una bonifica più sostenibile, o 'bonifica verde, ' quindi non pensiamo solo al livello dei contaminanti, ma pensiamo all'impatto ambientale netto".

Però, il monitoraggio a lungo termine potrebbe essere costoso nel tempo per grandi contaminazioni. Cosa c'è di più, le attuali strategie di monitoraggio a lungo termine non considerano come i cambiamenti improvvisi o graduali del tempo, come eventi di pioggia intensa, potrebbe influenzare i comportamenti del pennacchio. Questo aspetto è particolarmente importante quando si considerano pennacchi persistenti, come quelli associati alla contaminazione da metalli o radionuclidi.

Il nuovo approccio inizia con sensori per tenere traccia delle variabili di qualità dell'acqua che sono state determinate per essere indicatori affidabili dei livelli di contaminanti. Ai fini di questo studio, i ricercatori hanno monitorato i livelli di trizio e uranio-238 nelle acque sotterranee del sito del fiume Savannah, un ex sito di produzione di armi nucleari in South Carolina gestito dal DOE.

Per questo sito, hanno misurato i livelli di acidità (o pH) e la conduttanza specifica (una misura della conduttanza elettrica); queste variabili sono state determinate come indicatori affidabili per le concentrazioni di trizio e uranio-238. I dati provenienti dai sensori multipli sono stati quindi inseriti in un filtro Kalman per stimare le concentrazioni di contaminanti. Un filtro di Kalman non è un filtro fisico ma piuttosto un algoritmo matematico in grado di integrare dati di serie temporali miste per effettuare stime. È comunemente usato in vari campi, come la previsione del traffico e il telerilevamento.

Utilizzando i dati storici del sito del fiume Savannah, i ricercatori hanno scoperto che la loro tecnica ha fornito informazioni affidabili sul comportamento del pennacchio negli ultimi 20 anni, indicando che il nuovo approccio è molto promettente come strategia di monitoraggio a lungo termine per valutare rapidamente la stabilità del pennacchio di un contaminante. Un altro vantaggio rispetto agli approcci convenzionali è che può ridurre la frequenza del campionamento manuale delle acque sotterranee e dell'analisi di laboratorio, e quindi ridurre i costi di monitoraggio.

carrettiere, che è un esperto in contaminazione delle acque sotterranee e analisi dei dati ambientali, detto che questa metodologia può essere utilizzata sia per acque superficiali che sotterranee. Può anche essere potenzialmente utilizzato per tracciare altri metalli, radionuclidi, e composti organici che si trovano comunemente nelle acque sotterranee, come l'arsenico, cromo, e combustibili.

"Ci sono così tanti diversi tipi di sensori disponibili ora, e il collegamento in rete dei sensori e l'analisi statistica rapida sono semplici, " ha detto. "Possiamo mettere insieme tutti i tipi di sensori in situ e stimare la concentrazione di contaminanti target utilizzando questo framework per l'integrazione dei dati in tempo reale".

Ha aggiunto:"Tecniche di monitoraggio migliorate sono essenziali per proteggere la salute pubblica e l'ecologia. Le persone si sentono al sicuro se sono adeguatamente monitorate. La nostra tecnica è un modo per monitorare tale bonifica sostenibile, in modo efficace ed economico".