Grundvattenföroreningar - Groundwater pollution

Grundvattenföroreningsexempel i Lusaka , Zambia där gropen latrin i bakgrunden förorenar den grunda brunnen i förgrunden med patogener och nitrat.

Grundvattenföroreningar (även kallad grundvattenförorening ) uppstår när föroreningar släpps ut i marken och tar sig in i grundvattnet . Denna typ av vattenföroreningar kan också förekomma naturligt på grund av närvaron av en mindre och oönskad beståndsdel, förorening eller förorening i grundvattnet, i vilket fall det mer sannolikt kallas förorening snarare än förorening . Föroreningar kan uppstå från på plats sanitetssystem, deponier , avloppsvatten från reningsverk , läckande avlopp, bensin tankställen eller över tillämpningen av gödselmedel i jordbruket . Föroreningar (eller föroreningar) kan också uppstå från naturligt förekommande föroreningar, såsom arsenik eller fluor . Användning av förorenat grundvatten orsakar fara för folkhälsan genom förgiftning eller spridning av sjukdomar ( vattenburna sjukdomar ).

Föroreningarna skapar ofta en förorenande plym i en akvifer . Rörelse av vatten och spridning i akvifern sprider föroreningen över ett större område. Dess framåtskridande gräns, ofta kallad plymkant, kan korsa grundvattenbrunnar och ytvatten, som sipprar och källor, vilket gör vattentillförseln osäker för människor och vilda djur. Rörelsens rörelse, kallad plymfront, kan analyseras genom en hydrologisk transportmodell eller grundvattenmodell . Analys av grundvattenföroreningar kan fokusera på markegenskaper och platsgeologi , hydrogeologi , hydrologi och föroreningarnas art. Olika mekanismer har inflytande på transporten av föroreningar, t.ex. diffusion , adsorption , nederbörd , sönderfall , i grundvattnet.

Samspelet mellan grundvattenföroreningar och ytvatten analyseras med hjälp av hydrologiska transportmodeller. Interaktioner mellan grundvatten och ytvatten är komplexa. Till exempel matas många floder och sjöar av grundvatten. Detta innebär att skador på grundvattendrag, t.ex. genom fracking eller över abstraktion, därför kan påverka de floder och sjöar som är beroende av det. Saltvatteninträngning i kustnära akviferer är ett exempel på sådana interaktioner. Förebyggande metoder inkluderar: tillämpning av försiktighetsprincipen , övervakning av grundvattnets kvalitet, markzonering för grundvattenskydd, korrekt lokalisering av sanitetssystem på plats och tillämpning av lagstiftning. När förorening har inträffat inkluderar hanteringsmetoder vattenbehandling , användning av grundvatten , eller som en sista utväg, övergivande.

Typer av föroreningar

Föroreningar som finns i grundvattnet täcker ett brett spektrum av fysiska, oorganiska kemiska, organiska kemiska, bakteriologiska och radioaktiva parametrar. Huvudsakligen, många av de föroreningar som spelar en roll i ytan vattenföroreningar kan också hittas i förorenat grundvatten, även om deras respektive betydelse kan variera.

Arsenik och fluor

Arsenik och fluor har erkänts av Världshälsoorganisationen (WHO) som de allvarligaste oorganiska föroreningarna i dricksvatten globalt.

Oorganiskt arsenik är den vanligaste typen av arsenik i jord och vatten. Den metalloid arsenik kan förekomma naturligt i grundvattnet, vilket kan ses oftast i Asien, bland annat i Kina , Indien och Bangladesh . I Ganges -slätten i norra Indien och Bangladesh påverkar allvarlig förorening av grundvatten av naturligt förekommande arsenik 25% av vattenbrunnarna i de grundare av två regionala akviferer . Grundvatten i dessa områden förorenas också av användning av arsenikbaserade bekämpningsmedel .

Arsenik i grundvatten kan också finnas när det finns gruvdrift eller gruvavfall som kommer att läcka ut arsenik.

Naturlig fluor i grundvatten är allt större oro då djupare grundvatten används, "med mer än 200 miljoner människor som riskerar att dricka vatten med förhöjda koncentrationer." Fluor kan särskilt frigöras från sura vulkaniska bergarter och dispergerad vulkanisk aska när vattenhårdheten är låg. Höga fluorhalter i grundvattnet är ett allvarligt problem i de argentinska Pampas , Chile , Mexiko , Indien , Pakistan , den östafrikanska sprickan och några vulkaniska öar ( Teneriffa )

I områden som har naturligt höga fluorhalter i grundvatten som används för dricksvatten kan både tand- och skelettfluoros vara utbredd och allvarlig.

Patogener

Vattenburna sjukdomar kan spridas via en grundvattenbrunn som är förorenad med avföringspatogener från groplatriner

Bristen på lämpliga sanitära åtgärder, liksom felaktigt placerade brunnar , kan leda till dricksvatten som är förorenat med patogener som transporteras i avföring och urin . Sådana fekal-orala överförda sjukdomar inkluderar tyfus , kolera och diarré . Av de fyra patogentyper som finns i avföring ( bakterier , virus , protozoer och helminter eller helminthägg) kan de tre första vanligen hittas i förorenat grundvatten, medan de relativt stora helminthäggen vanligtvis filtreras bort av markmatrisen.

Djupa, begränsade akviferer anses vanligtvis vara den säkraste källan till dricksvatten med avseende på patogener. Patogener från renat eller obehandlat avloppsvatten kan förorena vissa, särskilt grunda, akviferer.

Nitrat

Nitrat är den vanligaste kemiska kontaminanten i världens grundvatten och akviferer. I vissa låginkomstländer är nitrathalterna i grundvattnet extremt höga och orsakar betydande hälsoproblem. Det är också stabilt (det bryts inte ned) under höga syreförhållanden.

Nitratnivåer över 10 mg/L (10 ppm) i grundvatten kan orsaka " blue baby syndrome " (förvärvad methemoglobinemi ). Dricksvattenkvalitetsstandarder i Europeiska unionen föreskriver mindre än 50 mg/L för nitrat i dricksvatten .

Kopplingarna mellan nitrater i dricksvatten och blue baby syndrom har emellertid bestridits i andra studier. Syndromutbrottet kan bero på andra faktorer än förhöjda nitratkoncentrationer i dricksvatten.

Förhöjda nitratnivåer i grundvatten kan orsakas av sanitet på plats, avfallshantering av avloppsslam och jordbruksverksamhet. Det kan därför ha ett urbana eller jordbruksursprung.

Organiska föreningar

Flyktiga organiska föreningar (VOC) är en farlig förorening av grundvatten. De introduceras i allmänhet till miljön genom vårdslös industriell praxis. Många av dessa föreningar var inte kända för att vara skadliga förrän i slutet av 1960 -talet och det dröjde innan regelbundna tester av grundvatten identifierade dessa ämnen i dricksvattenkällor.

Primära VOC -föroreningar som finns i grundvatten inkluderar aromatiska kolväten såsom BTEX -föreningar ( bensen , toluen , etylbensen och xylener ) och klorerade lösningsmedel inklusive tetrakloreten (PCE) , trikloreten (TCE) och vinylklorid (VC) . BTEX är viktiga komponenter i bensin . PCE och TCE är industriella lösningsmedel som historiskt används i kemtvättsprocesser respektive som metallavfettningsmedel.

Andra organiska föroreningar som förekommer i grundvatten och härrör från industriell verksamhet är de polycykliska aromatiska kolvätena (PAH) . På grund av sin molekylvikt är Naftalen den mest lösliga och rörliga PAH som finns i grundvatten, medan benso (a) pyren är den giftigaste. PAH produceras i allmänhet som biprodukter genom ofullständig förbränning av organiskt material.

Organiska föroreningar kan också hittas i grundvatten som insekticider och herbicider . Som många andra syntetiska organiska föreningar har de flesta bekämpningsmedel mycket komplexa molekylstrukturer. Denna komplexitet bestämmer vattenlösligheten, adsorptionskapaciteten och rörligheten för bekämpningsmedel i grundvattensystemet. Således är vissa typer av bekämpningsmedel mer rörliga än andra så att de lättare kan nå en dricksvattenkälla.

Metaller

Flera spårmetaller förekommer naturligt i vissa bergformationer och kan komma in i miljön från naturliga processer som vittring. Industriell verksamhet som gruvdrift , metallurgi , bortskaffande av fast avfall , färg- och emaljverk etc. kan dock leda till förhöjda koncentrationer av giftiga metaller, inklusive bly , kadmium och krom . Dessa föroreningar har potential att ta sig in i grundvattnet.

Migrationen av metaller (och metalloider) i grundvattnet kommer att påverkas av flera faktorer, särskilt av kemiska reaktioner som bestämmer fördelningen av föroreningar mellan olika faser och arter. Således beror metallernas rörlighet främst på grundvattnets pH -värde och redoxtillstånd .

Läkemedel

Spårmängder av läkemedel från renat avloppsvatten som infiltrerar i akvifern är bland framväxande grundvattenföroreningar som studeras i hela USA. Populära läkemedel som antibiotika, antiinflammatoriska, antidepressiva, avsvällande medel, lugnande medel, etc. finns normalt i renat avloppsvatten. Detta avloppsvatten släpps ut från reningsanläggningen och tar sig ofta in i vattendragaren eller källan till ytvatten som används för dricksvatten.

Spårmängder av läkemedel i både grundvatten och ytvatten ligger långt under vad som anses vara farligt eller oroande i de flesta områden, men det kan vara ett ökande problem när befolkningen växer och mer återvunnet avloppsvatten används för kommunala vattenförsörjningar.

Andra

Andra organiska föroreningar inkluderar en rad av organohalider och andra kemiska föreningar, petroleumkolväten , olika kemiska föreningar som finns i personlig hygien och kosmetiska produkter, läkemedels föroreningar inbegriper farmaceutiska droger och deras metaboliter. Oorganiska föroreningar kan inkludera andra näringsämnen som ammoniak och fosfat , och radionuklider som uran (U) eller radon (Rn) som finns naturligt i vissa geologiska formationer. Saltvatteninträngning är också ett exempel på naturlig förorening, men intensifieras ofta av mänskliga aktiviteter.

Grundvattenföroreningar är en världsomspännande fråga. En studie av grundvattnets kvalitet hos de viktigaste akvifererna i USA som gjordes mellan 1991 och 2004 visade att 23% av hushållens brunnar hade föroreningar på nivåer som var högre än riktmärken för människors hälsa. En annan studie föreslog att de stora grundvattenföroreningsproblemen i Afrika, med tanke på storleksordningen, är: (1) nitratföroreningar, (2) patogena medel, (3) organisk förorening, (4) saltning och (5) sur gruvdränering.

Orsaker

Orsaker till grundvattenföroreningar inkluderar (ytterligare detaljer nedan):

Naturligt förekommande (geogen)
Sanitetssystem på plats
Avlopps- och avloppsslam
Gödsel och bekämpningsmedel
Kommersiella och industriella läckor
Hydraulisk spräckning
Lakvatten från deponi
Övrig

Naturligt förekommande (geogen)

"Geogen" avser naturligt förekommande som ett resultat av geologiska processer.

Den naturliga arsenföroreningen uppstår eftersom akvifersediment innehåller organiskt material som genererar anaeroba förhållanden i akviferen. Dessa förhållanden resulterar i mikrobiell upplösning av järnoxider i sedimentet och därmed frisättning av arsenik , normalt starkt bunden till järnoxider, i vattnet. Som en konsekvens är arsenikrikt grundvatten ofta järnrikt, även om sekundära processer ofta skymmer sammanslutningen av upplöst arsenik och upplöst järn. Arsenik finns i grundvatten oftast som den reducerade arten arsenit och den oxiderade arsenaten, den akuta toxiciteten av arsenit som är något större än för arsenat. Undersökningar från WHO tyder på att 20% av 25 000 borrhål som testats i Bangladesh hade arsenikkoncentrationer över 50 μg/l.

Förekomsten av fluor är nära relaterad till överflödet och lösligheten av fluorinnehållande mineraler, såsom fluorit (CaF2) . Betydligt höga koncentrationer av fluor i grundvatten orsakas vanligtvis av brist på kalcium i vattendragaren. Hälsoproblem i samband med tandfluoros kan uppstå när fluorkoncentrationerna i grundvatten överstiger 1,5 mg/l, vilket är WHO: s riktvärde sedan 1984.

Den schweiziska federala institutet för Aquatic Science and Technology (EAWAG) har nyligen utvecklat den interaktiva grundvatten Assessment Platform (GAP), där geogenic risk för kontaminering inom ett visst område kan uppskattas med hjälp av geologiska, topografiska och andra miljödata utan att behöva proverna från varje grundvattenresurs. Detta verktyg gör det också möjligt för användaren att producera sannolikhetsriskmappning för både arsenik och fluor.

Höga koncentrationer av parametrar som salthalt, järn, mangan, uran, radon och krom, i grundvatten, kan också vara av geogent ursprung. Dessa föroreningar kan vara viktiga lokalt men de är inte lika utbredda som arsenik och fluor.

Sanitetssystem på plats

En traditionell bostadsmassa nära Herat, Afghanistan, där en grundvattenbrunn (förgrund) ligger i närheten av gropen latrin (bakom det vita växthuset) som leder till förorening av grundvattnet.

Grundvattenföroreningar med patogener och nitrat kan också uppstå från vätskor som infiltrerar i marken från sanitetssystem på plats som gropslatriner och septiktankar , beroende på befolkningstätheten och de hydrogeologiska förhållandena.

Faktorer som styr ödet och transporten av patogener är ganska komplexa och interaktionen mellan dem är inte väl förstådd. Om de lokala hydrogeologiska förhållandena (som kan variera inom ett område på några kvadratkilometer) ignoreras kan enkla sanitetsinfrastrukturer på plats som grop latriner orsaka betydande folkhälsorisker via förorenat grundvatten.

Vätskor läcker ut från gropen och passerar den omättade markzonen (som inte är helt fylld med vatten). Därefter kommer dessa vätskor från gropen in i grundvattnet där de kan leda till grundvattenförorening. Detta är ett problem om en närliggande vattenbrunn används för att tillföra grundvatten för dricksvattenändamål . Under passagen i jorden kan patogener dö av eller adsorberas betydligt, mest beroende på restiden mellan gropen och brunnen. De flesta, men inte alla patogener dör inom 50 dagar efter resan genom underjorden.

Graden av avlägsnande av patogener varierar starkt med jordtyp, akvifertyp, avstånd och andra miljöfaktorer. Till exempel blir den omättade zonen "tvättad" under längre perioder med kraftigt regn, vilket ger hydraulisk väg för snabba passering av patogener. Det är svårt att uppskatta det säkra avståndet mellan en grop latrin eller en septiktank och en vattenkälla. I alla fall ignoreras sådana rekommendationer om det säkra avståndet mest av de som bygger gropslatriner. Dessutom är hushållstomter av begränsad storlek och därför byggs gropslatriner ofta mycket närmare grundvattenbrunnar än vad som kan betraktas som säkert. Detta resulterar i grundvattenföroreningar och hushållsmedlemmar blir sjuka när de använder detta grundvatten som dricksvattenkälla.

Avlopps- och avloppsslam

Grundvattenföroreningar kan orsakas av obehandlat avfall som leder till sjukdomar som hudskador, blodig diarré och dermatit. Detta är vanligare på platser med begränsad infrastruktur för avloppsrening, eller där det finns systematiska fel på platsen för avloppsrening. Tillsammans med patogener och näringsämnen kan obehandlat avlopp också ha en stor mängd tungmetaller som kan sippra in i grundvattensystemet.

Det renade avloppet från avloppsreningsverk kan också nå vattendrag om avloppet infiltreras eller släpps ut till lokala ytvattenförekomster. Därför kan de ämnen som inte tas bort i konventionella avloppsreningsverk också nå grundvattnet. Till exempel upptäcktes koncentrationer av läkemedelsrester i grundvatten i storleksordningen 50 mg/L på flera platser i Tyskland. Detta beror på att i konventionella avloppsreningsverk avlägsnas mikroföroreningar som hormoner , läkemedelsrester och andra mikroföroreningar i urin och avföring endast delvis och resten släpps ut i ytvatten, varifrån det också kan nå grundvattnet.

Grundvattenföroreningar kan också uppstå från läckande avlopp som har observerats till exempel i Tyskland. Detta kan också leda till potentiell korskontaminering av dricksvattenförsörjningen.

Spridning av avloppsvatten eller avloppsslam i jordbruket kan också ingå som källor till fekal förorening i grundvatten.

Gödsel och bekämpningsmedel

Nitrat kan också komma in i grundvattnet genom överdriven användning av gödningsmedel, inklusive spridning av gödsel . Detta beror på att endast en bråkdel av de kvävebaserade gödningsmedlen omvandlas till produktion och andra växtämnen. Resten ackumuleras i jorden eller går förlorad vid avrinning. Höga doser av kvävehaltigt gödningsmedel i kombination med nitratets höga vattenlöslighet leder till ökad avrinning till ytvatten samt läckage till grundvatten, vilket orsakar grundvattenföroreningar. Den överdrivna användningen av kvävehaltigt gödningsmedel (vare sig det är syntetiskt eller naturligt) är särskilt skadligt, eftersom mycket av det kväve som inte tas upp av växter omvandlas till nitrat som lätt läcker ut.

Dålig hantering vid spridning av gödsel kan införa både patogener och näringsämnen (nitrat) i grundvattensystemet.

Näringsämnena, särskilt nitraterna, i gödselmedel kan orsaka problem för naturliga livsmiljöer och för människors hälsa om de tvättas bort från marken i vattendrag eller läckas ut genom marken i grundvattnet. Den stora användningen av kvävegödselmedel i odlingssystem är den största bidragsgivaren till antropogent kväve i grundvatten över hela världen.

Matplatser/djurkorraler kan också leda till potentiell läckage av kväve och metaller till grundvatten. Över applicering av djurgödsel kan också leda till grundvattenförorening med läkemedelsrester från veterinärmedicinska läkemedel.

Den amerikanska Environmental Protection Agency (EPA) och Europeiska kommissionen på allvar ta itu med nitrat problem i samband med utveckling av jordbruket, som ett stort vattenförsörjnings problem som kräver lämplig ledning och styrning.

Avrinning av bekämpningsmedel kan läcka ut i grundvattnet och orsaka hälsoproblem från förorenade vattenbrunnar. Bekämpningsmedelskoncentrationer som finns i grundvattnet är vanligtvis låga, och ofta överskrider de reglerade människors hälsobaserade gränser också mycket låga. Organofosforinsekticiden monokrotofos (MCP) verkar vara en av få farliga, beständiga, lösliga och rörliga (den binder inte med mineraler i jord) bekämpningsmedel som kan nå en dricksvattenkälla. I allmänhet upptäcks fler bekämpningsmedelsföreningar eftersom programmen för övervakning av grundvattenkvaliteten har blivit mer omfattande. mycket mindre övervakning har dock genomförts i utvecklingsländer på grund av de höga analyskostnaderna.

Kommersiella och industriella läckor

Ett brett utbud av både oorganiska och organiska föroreningar har hittats i akviferer som ligger bakom kommersiell och industriell verksamhet.

Malmbrytnings- och metallbearbetningsanläggningar är det primära ansvaret för förekomsten av metaller i grundvatten av antropogent ursprung, inklusive arsenik. Det låga pH -värdet som är förknippat med syragruvdränering (AMD) bidrar till lösligheten av potentiella giftiga metaller som så småningom kan komma in i grundvattensystemet.

Oljespill i samband med underjordiska rörledningar och tankar kan släppa ut bensen och andra lösliga petroleumkolväten som snabbt tränger ner i vattendragaren.

Finns det en ökande oro över förorening av grundvattnet med bensin läckt från petroleumunderjordiska lagringstankar (USTS) av bensinstationer . BTEX -föreningar är bensinens vanligaste tillsatser. BTEX -föreningar, inklusive bensen, har en densitet lägre än vatten (1 g/ml). I likhet med oljeutsläpp på havet kommer den icke-blandbara fasen, kallad Light Non-Aqueous Phase Liquid (LNAPL) , att "flyta" på vattennivån i akviferen.

Klorerade lösningsmedel används i nästan alla industriella metoder där avfettningsborttagningsmedel krävs. PCE är ett mycket använd lösningsmedel i kemtvättsindustrin på grund av dess rengöringseffektivitet och relativt låga kostnad. Det har också använts för metallavfettning. Eftersom det är mycket flyktigt förekommer det oftare i grundvatten än i ytvatten. TCE har historiskt använts som en metallrengöring. Militäranläggningen Anniston Army Dept (ANAD) i USA placerades på EPA Superfund National Priorities List (NPL) på grund av grundvattenförorening med så mycket som 27 miljoner pund TCE. Både PCE och TCE kan brytas ned till vinylklorid (VC), det mest giftiga klorerade kolvätet.

Många typer av lösningsmedel kan också ha kastats olagligt och läckt över tid till grundvattensystemet.

Klorerade lösningsmedel som PCE och TCE har högre densiteter än vatten och den icke-blandbara fasen kallas Dense Non-Aqueous Phase Liquids (DNAPL) . När de når akvifern kommer de att "sjunka" och så småningom ackumuleras på toppen av låggenomsläpplighetsskikt. Historiskt sett har träbehandlingsanläggningar också släppt ut insekticider som pentaklorfenol (PCP) och kreosot i miljön, vilket påverkar grundvattentillgångarna. PCP är ett mycket lösligt och giftigt föråldrat bekämpningsmedel som nyligen listades i Stockholmskonventionen om persistenta organiska föroreningar . PAH och andra halv-VOC är de vanliga föroreningarna som är associerade med kreosot.

Även om de inte är blandbara har både LNAPL och DNAPL fortfarande potential att långsamt lösa sig i den vattenhaltiga (blandbara) fasen för att skapa en plym och därmed bli en långsiktig föroreningskälla. DNAPL (klorerade lösningsmedel, tunga PAH, kreosot, PCB ) tenderar att vara svåra att hantera eftersom de kan ligga mycket djupt i grundvattensystemet.

Hydraulisk spräckning

Den senaste tidens tillväxt av hydrauliska sprickbrunnar ("Fracking") i USA har väckt oro över dess potentiella risker för att förorena grundvattenresurser. EPA, tillsammans med många andra forskare, har delegerats för att studera sambandet mellan hydraulisk sprickbildning och dricksvattenresurser. Även om det är möjligt att utföra hydraulisk sprickbildning utan att ha en relevant påverkan på grundvattentillgångarna om det finns stränga kontroller och kvalitetshanteringsåtgärder finns det ett antal fall där grundvattenföroreningar på grund av felaktig hantering eller tekniska fel observerades.

Även om EPA inte har hittat några signifikanta bevis för en utbredd, systematisk påverkan på dricksvatten genom hydraulisk sprickbildning , kan detta bero på otillräckliga systematiska pre- och posthydrauliska sprickdata om dricksvattnets kvalitet och närvaron av andra smittämnen som förhindra kopplingen mellan utvinning av tät olja och skiffergas och dess påverkan.

Trots EPA: s brist på djupgående utbredd bevis har andra forskare gjort betydande observationer av stigande grundvattenföroreningar i närheten av stora skifferolja/gasborrplatser i Marcellus ( British Columbia , Kanada ). Inom en kilometer från dessa specifika platser visade en delmängd av grunt dricksvatten konsekvent högre koncentrationer av metan- , etan- och propankoncentrationer än normalt. En utvärdering av högre Helium- och andra ädelgaskoncentrationer tillsammans med ökningen av kolvätenivåer stöder skillnaden mellan hydraulisk frakturerande flyktig gas och naturligt förekommande "bakgrund" kolvätehalt . Denna förorening spekuleras vara ett resultat av läckande, misslyckade eller felaktigt installerade gasbrunnskåp.

Vidare teoretiseras det att föroreningar också kan bero på kapillärvandring av djupt kvarvarande saltvatten och hydraulisk sprickvätska, som långsamt flödar genom fel och sprickor tills det slutligen kommer i kontakt med grundvattenresurser ; Många forskare hävdar dock att permeabiliteten för stenar som ligger över skifferformationer är för låg för att detta någonsin ska hända tillräckligt. För att i slutändan bevisa denna teori måste det finnas spår av toxiska trihalometaner (THM) eftersom de ofta är associerade med närvaron av förlorad gasförorening och vanligtvis uppträder tillsammans med höga halogenkoncentrationer i hyper-saltvatten. Dessutom är mycket saltvatten ett vanligt naturligt inslag i djupa grundvattensystem.

Även om slutsatser beträffande grundvattenföroreningar till följd av hydrauliskt sprickvätskeflöde är begränsade i både rum och tid, har forskare antagit att potentialen för systematisk fördrivning av förfalskad gas huvudsakligen beror på integriteten hos skifferolja/gasbrunnstrukturen, tillsammans med dess relativa geologisk plats till lokala spricksystem som potentiellt kan ge flödesvägar för flyktig gasmigration.

Även om utbredd, systematisk kontaminering genom hydraulisk sprickbildning har varit starkt omtvistad, är en viktig föroreningskälla som har mest enighet bland forskare om att vara den mest problematiska platsen specifikt oavsiktligt spill av hydraulisk sprickvätska och producerat vatten . Hittills härrör en betydande majoritet av grundvattenföroreningar från antropogena vägar på ytnivå snarare än underflödet från underliggande skifferformationer . Även om skadan kan vara uppenbar och mycket mer ansträngningar görs för att förhindra att dessa olyckor inträffar så ofta, fortsätter bristen på data från frackning av oljeutsläpp att lämna forskare i mörkret. I många av dessa händelser är data som erhållits från läckage eller utsläpp ofta mycket vaga och skulle därför leda till att forskare saknar slutsatser.

Forskare från Federal Institute for Geosciences and Natural Resources (BGR) genomförde en modellstudie för en djup skiffergasbildning i det nordtyska bassängen. De drog slutsatsen att sannolikheten är liten att frackingvätskornas uppgång genom den geologiska underjorden till ytan kommer att påverka grunt grundvatten.

Lakvatten från deponi

Lakvatten från sanitära deponier kan leda till grundvattenföroreningar. Kemikalier kan komma in i grundvattnet genom nederbörd och avrinning. Nya deponier måste fodras med lera eller annat syntetiskt material, tillsammans med lakvatten för att skydda omgivande grundvatten. Äldre deponier har dock inte dessa åtgärder och ligger ofta nära ytvatten och i genomsläpplig jord. Stängda deponier kan fortfarande utgöra ett hot mot grundvattnet om de inte täcks av ett ogenomträngligt material före stängning för att förhindra läckage av föroreningar.

Love Canal var ett av de mest kända exemplen på grundvattenföroreningar. 1978 invånare i kärlek Canal kvarter i upstate New York märkte höga cancer och en alarmerande antal fosterskador . Detta spårades så småningom till organiska lösningsmedel och dioxiner från en industriell deponi som grannskapet hade byggts om och runt, som sedan hade infiltrerats i vattentillförseln och avdunstat i källare för att ytterligare förorena luften. Åtta hundra familjer fick ersättning för sina hem och flyttade, efter omfattande juridiska strider och mediatäckning.

Överpumpning

Satellitdata i Mekong-deltaet i Vietnam har gett bevis på att överpumpning av grundvatten leder till nedsänkt mark samt till följd frigörande av arsenik och eventuellt andra tungmetaller. Arsen finns i lerlager på grund av deras höga ytarea till volymförhållande i förhållande till sandstora partiklar. Mest pumpat grundvatten färdas genom sand och grus med låg arsenikkoncentration. Under överpumpning drar dock en hög vertikal gradient vatten från mindre genomträngliga leror, vilket främjar arsenfrisättning i vattnet.

Övrig

Grundvattenföroreningar kan orsakas av kemiska spill från kommersiella eller industriella verksamheter, kemiska spill som uppstår under transport (t.ex. spill av dieselbränslen ), olaglig avfallsdumpning , infiltration från stadsavrinning eller gruvverksamhet , vägsalter , avisningskemikalier från flygplatser och till och med atmosfäriska föroreningar eftersom grundvatten är en del av den hydrologiska cykeln .

Användning av herbicider kan bidra till förorening av grundvatten genom infiltration av arsenik. Herbicider bidrar till arsenisk desorption genom mobilisering och transport av föroreningarna. Klorerade herbicider uppvisar en lägre inverkan på arsenisk desorption än herbicider av fosfattyp. Detta kan hjälpa till att förhindra arsenikontaminering genom att välja herbicider som är lämpliga för olika koncentrationer av arsenik som finns i vissa jordar.

Nedgrävning av lik och deras efterföljande nedbrytning kan också utgöra en risk för förorening av grundvattnet.

Mekanismer

Vattenpassage genom underjorden kan ge en pålitlig naturlig barriär mot förorening, men det fungerar bara under gynnsamma förhållanden.

Stratigrafi i området spelar en viktig roll i transporten av föroreningar. Ett område kan ha lager av sandjord, sprickad berggrund, lera eller hårdpanna. Områden med karst topografi på kalksten berggrund är ibland sårbara för ytföroreningar från grundvatten. Jordbävningsfel kan också vara infartsvägar för nedåtgående kontaminantinträde. Vattentabellförhållandena är av stor betydelse för dricksvattenförsörjning, bevattning i jordbruket, avfallshantering (inklusive kärnavfall), livsmiljöer och andra ekologiska frågor.

Många kemikalier genomgår reaktivt sönderfall eller kemisk förändring, särskilt under långa perioder i grundvattenreservoarer . En anmärkningsvärd klass av sådana kemikalier är de klorerade kolvätena såsom trikloretylen (används i industriell metallavfettning och elektroniktillverkning) och tetrakloreten som används i kemtvättsindustrin. Båda dessa kemikalier, som själva är cancerframkallande , genomgår partiella sönderdelningsreaktioner, vilket leder till nya farliga kemikalier (inklusive dikloretylen och vinylklorid ).

Interaktioner med ytvatten

Även om de är sammanlänkade har ytvatten och grundvatten ofta studerats och hanterats som separata resurser. Interaktioner mellan grundvatten och ytvatten är komplexa. Ytvatten sipprar genom jorden och blir till grundvatten. Omvänt kan grundvatten också mata ytvattenkällor. Till exempel matas många floder och sjöar av grundvatten. Detta innebär att skador på grundvattendrag, t.ex. genom fracking eller över abstraktion, därför kan påverka de floder och sjöar som är beroende av det. Saltvatteninträngning i kustnära akviferer är ett exempel på sådana interaktioner.

Ett utsläpp eller pågående utsläpp av kemikalier eller radionuklidföroreningar i marken (belägen på avstånd från en ytvattenförekomst) kan inte orsaka punkt- eller icke-punktföroreningar, men kan förorena akvifern nedan och skapa en giftig plym . Rörelsens rörelse kan analyseras genom en hydrologisk transportmodell eller grundvattenmodell .

Förebyggande

Schematisk visar att det finns en lägre risk för grundvattenföroreningar med större djup i vattenbrunnen

Försiktighetsprincipen

Den försiktighetsprincipen , utvecklats från princip 15 i Riodeklarationen om miljö och utveckling , är det viktigt att skydda grundvattenresurser från föroreningar. Försiktighetsprincipen föreskriver att " där det finns hot om irreversibel skada ska brist på fullständig vetenskaplig säkerhet inte användas som skäl för att skjuta upp kostnadseffektiva åtgärder för att förhindra miljöförstöring .".

En av de sex grundläggande principerna i Europeiska unionens (EU) vattenpolitik är tillämpningen av försiktighetsprincipen.

Övervakning av grundvattnets kvalitet

Övervakningsprogram för grundvattenkvalitet har genomförts regelbundet i många länder runt om i världen. De är viktiga komponenter för att förstå det hydrogeologiska systemet och för utveckling av konceptuella modeller och vattenkänslighetskartor.

Grundvattnets kvalitet måste regelbundet övervakas över akvifern för att fastställa trender. Effektiv grundvattenövervakning bör drivas av ett specifikt mål, till exempel en specifik förorening av oro. Föroreningsnivåer kan jämföras med Världshälsoorganisationens (WHO) riktlinjer för dricksvattenkvalitet. Det är inte sällsynt att gränserna för föroreningar minskar när mer medicinsk erfarenhet erhålls.

Tillräckliga investeringar bör ges för att fortsätta övervakningen på lång sikt. När ett problem upptäcks bör åtgärder vidtas för att åtgärda det. Vattenburna utbrott i USA minskade med införandet av strängare övervakningskrav (och behandling) i början av 90 -talet.

Samhället kan också hjälpa till att övervaka grundvattnets kvalitet.

Forskare har utvecklat metoder för att skapa riskkartor för geogena giftiga ämnen i grundvatten. Detta ger ett effektivt sätt att bestämma vilka brunnar som ska testas.

Markzon för grundvattenskydd

Utvecklingen av zonplaneringskartor för markanvändning har implementerats av flera vattenmyndigheter i olika skalor runt om i världen. Det finns två typer av zoneringskartor: aquifer -sårbarhetskartor och källor för skyddskällor.

Aquifer sårbarhetskarta

Det hänvisar till grundvattensystemets inneboende (eller naturliga) sårbarhet för föroreningar. I grund och botten är vissa akviferer mer sårbara för föroreningar än andra akviferer. Grunt okonfinierade akviferer löper större risk för föroreningar eftersom det finns färre lager för att filtrera bort föroreningar.

Den omättade zonen kan spela en viktig roll när det gäller att fördröja (och i vissa fall eliminera) patogener och måste därför beaktas vid bedömning av akvifers sårbarhet. Den biologiska aktiviteten är störst i de övre jordlagren där dämpningen av patogener generellt är mest effektiv.

Förberedelse av sårbarhetskartor innebär vanligtvis att flera tematiska kartor över fysiska faktorer som har valts ut för att beskriva sårbarheten i vattentäcket överlagras. Den indexbaserade parametriska kartläggningsmetoden GOD som utvecklats av Foster och Hirata (1988) använder tre allmänt tillgängliga eller lätt uppskattade parametrar, graden av G rundvattenhydraulisk inneslutning, geologiska karaktären hos O- verlingslagren och D epth till grundvatten. Ett ytterligare tillvägagångssätt som utvecklats av EPA, ett klassificeringssystem med namnet "DRASTIC", använder sju hydrogeologiska faktorer för att utveckla ett sårbarhetsindex: D epth to water table, net R echarge, A quifer media, S oil media, T opography (lutning), Jag påverkar vadoszonen och hydraulisk C onduktivitet .

Det finns en särskild debatt bland hydrogeologer om huruvida sårbarheten i vattenmiljön ska fastställas på ett generellt (inneboende) sätt för alla föroreningar, eller specifikt för varje förorening.

Källa för källskydd

Det hänvisar till fångstområdena kring en enskild grundvattenkälla, till exempel en vattenbrunn eller en källa, för att särskilt skydda dem från föroreningar. Sålunda kan potentiella källor till nedbrytbara föroreningar, såsom patogener, lokaliseras på avstånd, vilka restider längs flödesbanorna är tillräckligt långa för att föroreningarna ska elimineras genom filtrering eller adsorption.

Analytiska metoder som använder ekvationer för att definiera grundvattenflöde och föroreningstransport är de mest använda. WHPA är ett halvanalytiskt grundvattenflödesimuleringsprogram utvecklat av US EPA för avgränsning av fångningszoner i ett brunnskyddsområde.

Den enklaste formen av zonering använder fasta avståndsmetoder där aktiviteter utesluts inom ett enhetligt tillämpat specificerat avstånd runt abstraktionspunkter.

Lokalisering av sanitetssystem på plats

Eftersom hälsoeffekterna av de flesta giftiga kemikalier uppstår efter långvarig exponering, är hälsorisker från kemikalier i allmänhet lägre än de som orsakas av patogener. Således är kvaliteten på källskyddsåtgärderna en viktig komponent för att kontrollera om patogener kan finnas i det slutliga dricksvattnet.

Sanitetssystem på plats kan utformas på ett sådant sätt att grundvattenföroreningar från dessa sanitetssystem förhindras. Detaljerade riktlinjer har utvecklats för att uppskatta säkra avstånd för att skydda grundvattenkällor från förorening från sanitet på plats . Följande kriterier har föreslagits för säker lokalisering (dvs. beslut om plats) för sanitetssystem på plats:

Horisontellt avstånd mellan dricksvattenkällan och sanitetssystemet
- Riktvärden för horisontella separationsavstånd mellan sanitetssystem på plats och vattenkällor varierar mycket (t.ex. 15 till 100 m horisontellt avstånd mellan gropslatrin och grundvattenbrunnar )
Vertikalt avstånd mellan dricksvattenbrunn och sanitetssystem
Akvifer typ
Grundvattenflödesriktning
Ogenomträngliga lager
Lutning och ytdränering
Volym läckande avloppsvatten
Superposition, dvs behovet av att överväga ett större planområde

Som en mycket allmän riktlinje rekommenderas att botten av gropen ska vara minst 2 m över grundvattennivån, och ett minimalt horisontellt avstånd på 30 m mellan en grop och en vattenkälla rekommenderas normalt för att begränsa exponeringen för mikrobiell kontaminering. ^[1] Något generellt uttalande bör dock inte göras angående de lägsta laterala separationsavstånden som krävs för att förhindra kontaminering av en brunn från en grop latrin. Till exempel kanske inte ens 50 m lateralt separationsavstånd är tillräckligt i ett starkt karstifierat system med en nedgraderande tillförselbrunn eller fjäder, medan 10 m lateralt separationsavstånd är helt tillräckligt om det finns ett väl utvecklat lertäckskikt och det ringformiga utrymmet i grundvattenbrunnen är väl tätad.

Lagstiftning

Institutionella och juridiska frågor är avgörande för att avgöra om politiken och strategierna för grundvattenskydd är framgångsrika eller misslyckade.

Skylt nära Mannheim, Tyskland som anger en zon som en särskild "grundvattenskyddsområde"

Förvaltning

Alternativ för sanering av förorenat grundvatten kan grupperas i följande kategorier:

innehåller föroreningarna för att hindra dem från att migrera vidare
avlägsna föroreningarna från vattendragaren
avhjälpa akvifern genom att antingen immobilisera eller avgifta föroreningarna medan de fortfarande är i akvifern (in situ)
behandla grundvattnet vid dess användning
överge användningen av denna akvifers grundvatten och hitta en alternativ vattenkälla.

Användningsområde

Bärbara vattenreningsanordningar eller "Point-of-use" (POU) vattenbehandlingssystem och tekniker för desinfektion av fältvatten kan användas för att avlägsna vissa former av grundvattenföroreningar före drickning, nämligen eventuell avföringsförorening. Många kommersiella bärbara vattenreningssystem eller kemiska tillsatser finns tillgängliga som kan ta bort patogener, klor, dålig smak, lukt och tungmetaller som bly och kvicksilver.

Tekniker inkluderar kokning, filtrering, aktivt kolabsorbering, kemisk desinfektion, ultraviolett rening, desinfektion av ozonvatten, desinfektion av solvatten, soldestillation, hemlagade vattenfilter.

Arsenborttagningsfilter (ARF) är dedikerade tekniker som vanligtvis installeras för att ta bort arsenik. Många av dessa tekniker kräver en investering och långsiktigt underhåll. Filter i Bangladesh överges vanligtvis av användarna på grund av deras höga kostnader och komplicerade underhåll, vilket också är ganska dyrt.

Grundvattenrening

Grundvattenföroreningar är mycket svårare att minska än ytföroreningar eftersom grundvatten kan flytta stora avstånd genom osynliga akviferer . Icke-porösa akviferer som leror renar delvis vatten från bakterier genom enkel filtrering (adsorption och absorption), utspädning och i vissa fall kemiska reaktioner och biologisk aktivitet; i vissa fall omvandlas föroreningarna bara till jordföroreningar . Grundvatten som rör sig genom öppna sprickor och grottor filtreras inte och kan transporteras lika enkelt som ytvatten. Faktum är att detta kan förvärras av den mänskliga tendensen att använda naturliga sinkhål som soptippar inom områden med karst -topografi .

Föroreningar och föroreningar kan avlägsnas från grundvattnet genom att tillämpa olika tekniker och därmed göra det säkert att använda. Grundvattenbehandling (eller sanering) tekniker spänner över biologiska, kemiska och fysiska behandlingstekniker. De flesta grundvattenreningstekniker använder en kombination av teknik. Några av de biologiska behandlingsteknikerna inkluderar bioaugmentering , bioventing , biosparging , bioslurping och fytoremediering . Vissa kemiska behandlingstekniker inkluderar injektion av ozon och syrgas, kemisk fällning , membranseparation , jonbyte , kolabsorption, vattenhaltig kemisk oxidation och ytaktiverad utvinning. Vissa kemiska tekniker kan implementeras med hjälp av nanomaterial . Fysisk behandlingsteknik inkluderar, men är inte begränsat till, pumpa och behandla, luftspolning och tvåfasuttag.

Övergivenhet

Om behandling eller sanering av det förorenade grundvattnet anses vara för svårt eller dyrt, är det enda alternativet att överge användningen av denna vattenlevande grundvatten och hitta en alternativ vattenkälla.

Exempel

Afrika

Lusaka, Zambia

De stadsområden i Lusaka, Zambias huvudstad, har markförhållanden som är starkt karstifierade och av denna anledning-tillsammans med den ökande befolkningstätheten i dessa stadsområden-är förorening av vattenbrunnar från gropslatiner en stor folkhälsa hot där.

Asien

Indien

Den Ganga River Basin (GRB) , som är ett sakralt vattenkropp för Hindusen står inför svår arsenik förorening. Indien täcker 79% av GRB, och därför har många stater påverkats. Berörda stater inkluderar Uttarakhand , Uttar Pradesh , Delhi , Madhya Pradesh , Bihar , Jharkhand , Rajasthan , Chhattisgarh , Punjab , Haryana och Västbengalen . Arsenhalterna är upp till 4730 µg/L i grundvattnet, ~ 1000 µg/L i bevattningsvatten och upp till 3947 µg/kg i livsmedelsmaterial som alla överstiger FN: s livsmedels- och jordbruksorganisations standard för bevattning vatten och Världshälsoorganisationens standarder för dricksvatten. Som ett resultat lider individer som utsätts av sjukdomar som påverkar deras dermala, neurologiska, reproduktiva och kognitiva funktion och kan till och med leda till cancer.

I Indien har regeringen fortsatt att främja sanitetsutveckling för att bekämpa ökningen av grundvattenföroreningar i flera regioner i landet. Insatsen har visat sig visa resultat och har minskat grundvattenföroreningarna och har minskat risken för sjukdom för mödrar och barn som huvudsakligen drabbades av denna fråga. Detta var något som behövdes starkt eftersom enligt studien dör över 117 000 barn under fem år varje år på grund av att de konsumerar förorenat vatten. Länderna har gjort framgångar i de mer ekonomiskt utvecklade delarna av landet.

Nordamerika

Hinkley, USA

Staden Hinkley, Kalifornien (USA), hade sitt grundvatten förorenat med sexvärt krom från och med 1952, vilket resulterade i ett rättsfall mot Pacific Gas & Electric (PG&E) och en uppgörelse på flera miljoner dollar 1996. Rättsfallet dramatiserades i filmen Erin Brockovich , släppt 2000.

San Joaquin, USA

Intensiv pumpning i San Joaquin County, Kalifornien, har resulterat i arsenikförorening. San Joaquin län har utsatts för allvarlig intensiv pumpning som har fått marken under San Joaquin att sjunka och i sin tur skadat infrastrukturen. Denna intensiva pumpning i grundvatten har gjort det möjligt för arsenik att flytta in i grundvattentankar som levererar dricksvatten till minst en miljon invånare och används vid bevattning för grödor i några av de rikaste jordbruksmarkerna i USA. Akviferer består av sand och grus som separeras av tunna lager av lera som fungerar som en svamp som håller fast vid vatten och arsenik. När vatten pumpas intensivt komprimeras akvifern och sjunker, vilket leder till att leran släpper ut arsenik. Studie visar att vattendrag som är förorenade till följd av överpumpning, kan återhämta sig om uttag stoppas.

Walkerton, Kanada

År 2000 inträffade grundvattenföroreningar i den lilla staden Walkerton, Kanada, vilket ledde till sju dödsfall i det som kallas Walkerton E. Coli -utbrottet . Vattentillförseln som togs från grundvattnet blev förorenad med den mycket farliga O157: H7 -stammen av E. coli -bakterier. Denna förorening berodde på avrinning från gården till en intilliggande vattenbrunn som var sårbar för grundvattenföroreningar.

Languages

In other projects