A mérgező vegyszerekkel szennyezett felszín alatti víz mozgásban van. Hogyan akadályozhatja meg, hogy a szennyeződések szennyezzék a közeli kutakat? Az egyik új módszer az, hogy vasreszelékből álló akadályt dobnak a halálos áramlás elé. Elméletileg, ahogy a víz áthalad ezen a falon, a szennyező anyagok kémiai reakcióba lépnek a vassal, így csak ártalmatlan vegyületek maradnak a vízben.
Ez az áteresztő reaktív gát technológia, amelyet kevesebb mint egy évtizede használnak, rendkívül hatékony szennyezés-ellenőrző eszköznek ígérkezik. A Johns Hopkins Egyetem környezetvédelmi mérnökei azonban azt találták, hogy a takarítócsapatok döntő téves számításokat hajthatnak végre a szennyezést semlegesítő falak tervezése során. A probléma megoldására William A. Arnold és A. Lynn Roberts kutatók új matematikai modellt készítettek, amely biztonságosabb és költséghatékonyabb akadályokhoz vezet. Eredményeiket március 26-án, vasárnap mutatták be az American Chemical Society San Francisco-i országos találkozóján.
A szennyezés-elhárító akadályokat megfelelően kell megtervezni, hogy a rákot okozó vegyi anyagokat távol tartsák az ivóvízforrásoktól. Minden projekt több mint 1 millió dollárba kerülhet, aminek nagy része az anyagokat fizeti. "Ha túl vékonyra építi fel ezeket a korlátokat, nem kapja meg a szennyezett víz teljes kezelését" - magyarázta Arnold. "De ha túl vastagra építi őket, akkor kétszer-háromszor több vasat használ fel, mint amennyire szüksége van, és jelentősen megnöveli a tisztítás költségeit. Ez korlátozza azon oldalak számát is, ahol használhatja ezt a technológiát, mert nehéz vastag korlátokat elhelyezni a nagy mélységben található szennyező anyagok előtt."
Doktori disszertációjának elkészítése közben a Johns Hopkinsnál Arnold azokat a kémiai reakciókat tanulmányozta, amelyek akkor mennek végbe, amikor bizonyos szennyeződések vasreszelékekkel ütköznek. Roberts, a Johns Hopkins Földrajzi és Környezetmérnöki Tanszék docense Arnold szakdolgozatának tanácsadójaként működött közre a kutatásban.
A pár a klórozott etilénekre összpontosított, amelyek feltételezhetően rákkeltő vegyszerek, amelyek gyakran megtalálhatók a vegytisztító oldószerekben és a zsírtalanító oldatokban. A katonai és ipari területeken történő helytelen ártalmatlanítás következtében ezek a halálos vegyszerek beszivárogtak a felszín alatti vízkészletekbe, és elkezdtek vándorolni. Robert Gillham, a kanadai Waterloo Egyetem munkatársa körülbelül kilenc évvel ezelőtt fejlesztette ki az áteresztő reaktív gát technológiát, hogy méregtelenítse az ilyen csóvákat, mielőtt azok beszennyeznék a közeli ivóvízkészletet. Általában az eljárás során egy árkot kell ásni a szennyezett víz szintjéig. A munkások ezután tonnányi vasreszeléket öntenek bele, hogy áteresztő falat képezzenek, általában 1-6 láb vastagon, amely eltávolítja a méreganyagokat, ahogy a víz áthalad rajta. Ezt a módszert jelenleg teljes körű és kísérleti projektekben használják több mint két tucat talajvízszennyező helyen az Egyesült Államokban és más országokban.
A folyamat hatékonyságának tanulmányozására Arnold és Roberts laboratóriumi kísérleteket indított Johns Hopkinsnál, amelyek a terepen lejátszódó kémiai reakciókat utánozták, de gyorsított ütemben. Felfedezték, hogy a klórozott etilénmolekuláknak versenyezniük kell a vasfelületek korlátozott számú helyéhez való hozzáférésért, ahol a reakciók végbemehetnek. "Tehát magasabb szennyezési koncentrációknál több ez a versengés, és a reakció lassabban megy végbe" - mondta Arnold, aki doktori címének megszerzése után. Johns Hopkinsban a Minnesotai Egyetem építőmérnöki adjunktusa lett. "Alacsonyabb koncentrációknál a reakció gyorsabban megy végbe."
Ő és Roberts kifejlesztett egy új matematikai modellt, amely magában foglalja az ilyen variációkat. "Azt találtuk, hogy nagyon fontos, hogy ismerje a szennyezés pontos koncentrációját, és a megfelelő matematikai modellt kell használnia, amikor kiszámítja, milyen szélesre kell építeni ezeket az akadályokat" - mondta Arnold."Az új modellünkhöz sokkal több kísérleti adatra van szükség, ami azt jelenti, hogy sokkal több előzetes vizsgálatot kell végeznie a laboratóriumban. De ha pontosabban meg tudjuk tervezni ezeket az akadályokat, akkor hatékonyabban és gazdaságosabban fognak működni."
