La contaminación de las aguas subterráneas se reconoce cada vez más como un problema ambiental generalizado. El curso de acción más importante a menudo implica un seguimiento a largo plazo. Pero, ¿cuál es la forma más rentable de monitorear cuando las columnas de contaminantes son grandes? complejo, y a largo plazo, ¿O un evento inesperado, como una tormenta, podría causar cambios repentinos en los niveles de contaminantes que pueden pasarse por alto con el muestreo periódico?

Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Laboratorio de Berkeley) y del Laboratorio Nacional del Río Savannah han desarrollado un método de bajo costo para el monitoreo en tiempo real de contaminantes utilizando sensores comúnmente disponibles. Su estudio, "Monitoreo in situ de la contaminación del agua subterránea mediante el filtro de Kalman, "fue publicado recientemente en la revista, Ciencia y tecnología ambiental .

"Los métodos convencionales de monitoreo implican tomar muestras de agua cada año o cada trimestre y analizarlas en el laboratorio, "dijo Haruko Wainwright, un investigador del Berkeley Lab que dirigió el estudio. "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. Nuestra metodología permite un seguimiento continuo in situ mediante mediciones proxy, para que podamos rastrear el movimiento de la pluma en tiempo real ".

"El análisis de los datos autónomos in situ se puede analizar rápidamente de forma remota utilizando métodos de aprendizaje automático, ", agregó." Puede actuar como un sistema de alerta temprana:podemos detectar cambios repentinos en los niveles de contaminantes. Estos cambios pueden indicar la necesidad de una mayor o menor intervención en términos de la estrategia de remediación. idealmente conduciendo a una limpieza mejorada y más rentable ".

El monitoreo ambiental se ha vuelto más importante en los últimos años a medida que los métodos de remediación se han ido alejando del tratamiento intensivo de las aguas subterráneas y la remoción del suelo. "La limpieza intensiva tiene muchos impactos ambientales negativos, incluida la contaminación del aire, gran uso de energía-agua, y producción de residuos, "Dijo Wainwright." Entonces, los expertos han comenzado a pensar en un cambio de paradigma de esta remediación muy intensiva a una remediación más sostenible, o 'remediación verde, 'por lo que no solo pensamos en el nivel de contaminantes, sino que pensamos en el impacto ambiental neto ".

Sin embargo, El monitoreo a largo plazo podría resultar costoso con el tiempo para grandes contaminaciones. Y lo que es más, Las estrategias actuales de monitoreo a largo plazo no consideran cómo los cambios bruscos o graduales en el clima, como eventos de fuertes lluvias, podría influir en los comportamientos de la pluma. Este aspecto es particularmente importante cuando se consideran plumas persistentes, como los asociados con la contaminación por metales o radionúclidos.

El nuevo enfoque comienza con sensores para rastrear las variables de calidad del agua que se ha determinado que son indicadores confiables de los niveles de contaminantes. Para los propósitos de este estudio, los investigadores rastrearon los niveles de tritio y uranio-238 en el agua subterránea en el sitio del río Savannah, un antiguo sitio de producción de armas nucleares en Carolina del Sur administrado por el DOE.

Para este sitio, midieron los niveles de acidez (o pH) y conductancia específica (una medida de conductancia eléctrica); Se determinó que estas variables eran indicadores fiables de las concentraciones de tritio y uranio-238. Luego, los datos de los múltiples sensores se introdujeron en un filtro Kalman para estimar las concentraciones de contaminantes. Un filtro de Kalman no es un filtro físico, sino un algoritmo matemático que puede integrar datos de series de tiempo mixtas para realizar estimaciones. Se usa comúnmente en varios campos, como la predicción del tráfico y la teledetección.

Usando datos históricos del sitio del río Savannah, los investigadores encontraron que su técnica proporcionaba información confiable sobre el comportamiento de la pluma durante los últimos 20 años, lo que indica que el nuevo enfoque es muy prometedor como estrategia de monitoreo a largo plazo para evaluar rápidamente la estabilidad de la pluma de un contaminante. Otra ventaja sobre los enfoques convencionales es que puede reducir la frecuencia de muestreo manual de agua subterránea y análisis de laboratorio. y así reducir el costo de monitoreo.

Wainwright, que es un experto en contaminación de aguas subterráneas y análisis de datos ambientales, dijo que esta metodología se puede utilizar tanto para aguas superficiales como subterráneas. También se puede usar potencialmente para rastrear otros metales, radionucleidos, y compuestos orgánicos que se encuentran comúnmente en las aguas subterráneas, como el arsénico, cromo, y combustibles.

"Hay tantos tipos diferentes de sensores disponibles ahora, y la creación de redes de sensores y el análisis estadístico rápido es sencillo, ", dijo." Podemos juntar todo tipo de sensores in situ y estimar la concentración de contaminantes objetivo utilizando este marco para la integración de datos en tiempo real ".

Añadió:"Las técnicas de monitoreo mejoradas son esenciales para proteger la salud pública y la ecología. La gente se siente segura si se monitorea adecuadamente. Nuestra técnica es una forma de monitorear tal remediación sostenible, de manera efectiva y económica".