研究チームが開発しました 新しい、低コストの方法 地下水汚染の継続的なリアルタイムモニタリング この開発は、周囲の環境に悪影響を与えずに地下水汚染を減らす「グリーン」な浄化への取り組みを大きく後押しする可能性があります。

この研究は「カルマンフィルタを用いた地下水汚染モニタリングこれは、カリフォルニア大学が運営する米国エネルギー省のローレンスバークレー国立研究所（Berkeley Lab）とサバンナリバー国立研究所との共同研究の結果です。

修復の必要性

地下水汚染ほとんどの場合人工の化学物質や汚染物質が環境中に排出されているため、自然環境や被災地周辺の人口に多大な問題を引き起こす可能性があります。

米国の飲料水の50％以上が地下水から供給されています。 それはまた、灌漑のための最も重要な水源の一つです。

汚染された地下水 - 砕けたもの、農薬の使用、敗血症の原因となったシステムなど）は、飲料水の安全性から食べ物の品質や周囲の貝類の健康まで、あらゆることに影響を及ぼします。

過去半世紀にわたる環境保護運動の成長は、地下水汚染の影響についての一般の意識を高めてきました。 このような意識の高まりは、汚染された地下水の浄化または改善を強く推進しています。

「地下水浄化には約60年の歴史があります」と主任研究員は述べています。 ハルコウェインライト、バークレー研究所の研究科学者地下水汚染および環境データ分析の専門家である。

現在の修復方法の欠陥

残念ながら、修復は高価であり、意図せずに環境に悪影響を及ぼさずに実行するのは困難です。 その結果、修復の専門家は、より「グリーンな」または受動的な修復戦略を追求するために、集中的な修復と汚れ除去から次第に撤退しています。

「過去10年間で、大量の水とエネルギーを使用し、廃棄物とCO2を生成し、生態系の乱れと大気汚染を引き起こす可能性があるため、集中的な修復は効果的ではなく、実際に環境に害を及ぼす可能性があると認識が高まっています。 。

「受動的な修復または自然な減弱は現在、より持続可能であると考えられており、正味の環境上の利点を持っています。 これらの持続可能なアプローチが実施されている間、地下水モニタリングは公共の安全を確保するために重要です。」

Wainwrightが指摘しているように、最も効果的な修復戦略では、地下水汚染の正確な長期モニタリングが必要です。 しかし、長期的な監視は複雑で高価です。

「従来のモニタリングでは、毎年または四半期ごとに水サンプルを採取し、ラボで分析しています」とWainwright氏は述べています。 「異常や極端な出来事がある場合は、汚染物質濃度の増加や潜在的な健康上のリスクを引き起こす可能性のある変化を見逃す可能性があります。」

これは挑戦です。どのようにして低コストで汚染物質のレベルを継続的に監視できますか？

ウェインライトのチームは解決策を見つけました。

新しい方法

「私たちの方法論は代理測定を使用して現場で継続的なモニタリングを可能にします、それで私たちはリアルタイムでプルームの動きを追跡することができます」と彼女は声明で言いました。 「自律型現場データの分析は、機械学習方法を使用してリモートで迅速に分析できます。」

新しい方法は、汚染物質レベルの信頼性の高い指標であると判断された水質変数を追跡するためにセンサーを使用することを含む。 これらの水質変数は、地点および特定の地下水汚染物質に基づいて異なる。

この研究では、サウスカロライナ州サバンナ川の地下水を分析しました。

このサイトは元の核兵器製造場である。 その結果、研究者は汚染物質のトリチウムとウラン-238の地下水位を追跡した。

これらの汚染物質のレベルは直接測定することができないため、トリチウムとウラン-238の信頼できる指標と判断された間接測定に依存していました。 具体的には、電気伝導度の尺度である酸度またはpH、レベルおよび比コンダクタンスを測定した。

これらの測定値は、システム状態を直接測定できない場合の経時的なシステム状態の変化を測定するために使用できるアルゴリズムであるカルマンフィルタに入れられました。

「カルマンフィルターは物理フィルターではなく、混合時系列データを統合して推定することができる数学的アルゴリズムです」とWainwright氏は述べています。 「トラフィック予測やリモートセンシングなど、さまざまな分野で一般的に使用されています。」

ここでは、汚染物質濃度の正確な推定値を作成することができました。

彼らは、サバンナ川の敷地内の過去のデータに対して、その技術をテストしました。 彼らは、彼らのアルゴリズムが最後の20年にわたりプルームの挙動に関する信頼できる情報を提供することを発見しました。

これは、この方法が汚染物質のプルーム安定性を評価するための長期モニタリング戦略として有効であることを示唆している。

また、定期的なマニュアル地下水採取やラボ分析の必要性が少なく、時間と労力がかかるだけでなく、コストがかかります。

「それは早期警戒システムとして働くことができます - 我々は汚染物質レベルの突然の変化を検出することができます」とWainwrightは声明の中で言いました。 「これらの変更は、修復戦略に関して多かれ少なかれ介入が必要であることを示している可能性があり、理想的には改善された費用対効果の高いクリーンアップにつながります。」

さらに、この方法も適応可能である。

これは、地下水および地下水の汚染物質を追跡するために使用することができ、金属、放射性核種、ならびにヒ素、クロムおよび燃料などの有機化合物を含む広範囲の汚染物質を追跡するために潜在的に変更することができる。

必要なのは、信頼できる現場測定を見つけることだけです。 そこから、同じフレームワークを使用して汚染物質レベルを推定することができます。

この方法が全国のサイトで広く利用されていることは容易に想像できますが、まず規制当局によってレビューされ、承認されなければなりません。

それが完了すると、修復作業を大幅に支援することができます。

「改善されたモニタリング技術は、公衆衛生と生態学を保護するために不可欠です」とWainwrightは声明で述べています。 「私たちの技術は、そのような持続可能な修復を効果的かつ安価に監視する方法です。」