Wetenschappers van Duke University hebben een reeks van vier nieuwe tests ontwikkeld die kunnen worden gebruikt om verontreiniging door steenkoolas in de bodem met een ongekende gevoeligheid te detecteren.

De tests zijn specifiek ontworpen om de bodem te analyseren op de aanwezigheid van vliegasdeeltjes, zodat kleine andere tests ze kunnen missen.

Vliegas maakt deel uit van kolenverbrandingsresiduen (CCR's) die worden gegenereerd wanneer een elektriciteitscentrale poederkool verbrandt. De kleine vliegasdeeltjes, die vaak microscopisch klein zijn, hoge concentraties arseen bevatten, selenium en andere giftige elementen, waarvan vele zijn verrijkt door het verbrandingsproces.

Terwijl het grootste deel van de vliegas wordt opgevangen door vallen in de energiecentrale en wordt afgevoerd naar kolenasophopingen en stortplaatsen, een deel ontsnapt en wordt in het milieu uitgestoten. Overuren, deze deeltjes kunnen zich ophopen in de grond benedenwinds van de plant, die mogelijk risico's met zich meebrengen voor het milieu en de menselijke gezondheid.

"Vanwege de grootte van deze deeltjes, het was een uitdaging om ze te detecteren en te meten hoeveel vliegas zich heeft opgehoopt, " zei Avner Vengosh, Distinguished Professor of Environmental Quality aan Duke's Nicholas School of the Environment. "Onze nieuwe methoden geven ons de mogelijkheid om dat te doen - met een hoge mate van zekerheid."

Resten van kolenverbranding zijn de grootste industriële vaste afvalstoffen die in de Verenigde Staten worden geproduceerd. Wanneer met vliegas verontreinigde grond wordt verstoord of opgegraven, stof dat de as bevat, kan door de lucht worden getransporteerd naar nabijgelegen huizen en andere binnenomgevingen. Het inademen van stof dat vliegasdeeltjes bevat met een hoog gehalte aan giftige metalen is in verband gebracht met long- en hartaandoeningen, kanker, aandoeningen van het zenuwstelsel en andere nadelige gevolgen.

"In staat zijn om de verontreiniging terug te traceren naar de bronlocatie is essentieel om de volksgezondheid te beschermen en om te bepalen waar de saneringsinspanningen moeten worden geconcentreerd, " zei Zhen Wang, een doctoraalstudent in Vengosh's lab in Duke, die de studie leidde. "Deze nieuwe methoden vormen een aanvulling op tests die we al hebben ontwikkeld voor het opsporen van steenkoolas in het milieu en breiden ons onderzoeksbereik uit."

De nieuwe tests zijn ontworpen om samen te worden gebruikt om onafhankelijke bevestigingen te geven van de aanwezigheid van vliegasdeeltjes in een bodemmonster en zo ja, in welke verhouding tot de totale bodem.

"Eerst, we meten de overvloed aan bepaalde metalen, zoals arseen, selenium en antimoon, waarvan we weten dat ze meer verrijkt zijn met kolenas dan in normale grond, Wang zei. "Als deze metalen in hogere dan normale niveaus aanwezig zijn, we testen het monster met twee andere geochemische indicatoren, radiumnucliden en loodstabiele isotopen, die gevoeliger zijn dan sporenmetalen en kunnen worden gebruikt om weinig vliegas in de bodem te detecteren. We onderzoeken ook de bodem onder een microscoop om te testen of we vliegasdeeltjes fysiek kunnen identificeren en kunnen inschatten welk deel van de bodem ze bevatten."

Elke methode heeft zijn eigen sterke en zwakke punten, en indien alleen gebruikt, kan dit leiden tot overschatting of onderschatting van het optreden van vliegen in de bodem, zei Vengosh. "Door ze alle vier samen te gebruiken, we zijn in staat om het forensisch onderzoek naar de aanwezigheid van vliegas in de bodem te verifiëren."

Om de betrouwbaarheid van de nieuwe tests te beoordelen, de onderzoekers analyseerden de oppervlaktegrond van 21 locaties benedenwinds van de Bull Run Fossil Plant van de Tennessee Valley Authority in Claxton, Tenn., en 20 locaties benedenwinds van Duke Energy's Marshall Steam Station aan Lake Norman, N.C. De monsters uit North Carolina kwamen uit Mooresville, een stad aan de overkant van het meer van de Marshall-fabriek. Controlemonsters werden ook verzameld op locaties bovenwinds van elke plant.

De tests toonden consequent aan dat de meeste monsters die benedenwinds van beide fabrieken werden verzameld, vliegasverontreiniging bevatten, maar omdat het aandeel van de vliegas laag was, de concentraties van toxische elementen waren niet hoger dan de richtlijnen voor de menselijke gezondheid voor het voorkomen van metalen in de bodem.

De tests toonden ook aan dat bodemmonsters in de buurt van Bull Run Fossil Plant in Tennessee over het algemeen aanzienlijk hogere niveaus van vliegas bevatten dan die uit North Carolina, en dat de hoogste concentratie was in de bodem van het Claxton Community Park, een speeltuin en recreatieterrein gelegen buiten de Bull Run-fabriek.

Wat zegt dit ons allemaal?

"Eerst, het bevestigt dat onze nieuwe tools consistent presteren en, wanneer samen gebruikt, een betrouwbare methode te bieden voor het opsporen van verontreiniging die andere tests zouden kunnen missen, ' zei Vengosh.

"Tweede, het onderstreept de noodzaak om sites die dicht bij de wind in de buurt van een kolencentrale liggen, regelmatig te controleren, zelfs als de verontreinigingsniveaus onder de huidige veiligheidsdrempels liggen. Vliegas hoopt zich na verloop van tijd op, en risico's kunnen toenemen bij herhaalde blootstelling aan speelplaatsstof of huisstof, ' zei Vengosh.

"Lage concentraties van giftige metalen in de bodem is niet gelijk aan geen risico, " Zei Vengosh. "We moeten begrijpen hoe de aanwezigheid van vliegas in de bodem in de buurt van kolencentrales de gezondheid van de mensen die daar wonen zou kunnen beïnvloeden. Zelfs als kolencentrales in de Verenigde Staten worden gesloten of vervangen door aardgas, de ecologische erfenis van kolenas in deze gebieden zal de komende decennia blijven bestaan."

De collegiaal getoetste studie werd op 20 juli gepubliceerd in Milieuwetenschap en -technologie.