เรียนรู้เกี่ยวกับทราย

การใช้ทรายเคลือบแร่ธาตุที่ทำปฏิกิริยาและทำลายมลพิษอินทรีย์ นักวิจัยได้ค้นพบว่าทรายที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมสามารถช่วยชำระน้ำจากพายุที่ไหลซึมลงสู่ชั้นหินอุ้มน้ำใต้ดิน สร้างแหล่งสำรองน้ำดื่มในท้องถิ่นที่ปลอดภัยสำหรับชุมชนที่แห้งผาก Joseph Charbonnet นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาสาขาวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมที่ UC Berkeley กล่าวว่า "วิธีที่เราจัดการกับน้ำจากพายุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแคลิฟอร์เนียนั้นล้มเหลว เรามองว่ามันเป็นมลพิษ แต่เราควรคิดว่ามันเป็นวิธีแก้ปัญหา" . "เราได้พัฒนาเทคโนโลยีที่สามารถกำจัดการปนเปื้อนก่อนที่เราจะใส่ลงในน้ำดื่มของเราด้วยวิธีแบบพาสซีฟ ต้นทุนต่ำ และไม่รุกรานโดยใช้แร่ธาตุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ" เมื่อน้ำฝนไหลบ่าท่วมหลังคา สนามหญ้า และถนน มันสามารถดูดซับสารเคมีที่น่ารังเกียจ เช่น ยากำจัดวัชพืช ยาฆ่าแมลง โลหะมีพิษ น้ำมันรถยนต์ และแม้แต่ขี้สุนัข น้ำจากพายุที่มากเกินไปสามารถท่วมระบบท่อน้ำทิ้ง น้ำท่วมถนนและชั้นใต้ดิน ไม่น่าแปลกใจที่เมืองต่างๆ มักจะปล่อยน้ำเน่าเสียนี้ลงสู่แม่น้ำและลำธารที่อยู่ใกล้เคียงโดยเร็วที่สุด Charbonnet กล่าวว่าการบังคับน้ำจากพายุผ่านทรายเข้าสู่ชั้นหินอุ้มน้ำใต้ดินอาจเป็นทางออกที่ดีสำหรับการรวบรวมน้ำในเมืองที่มีภูมิอากาศแบบเมดิเตอร์เรเนียน เช่น ลอสแองเจลิส Charbonnet กล่าว เช่นเดียวกับถังเก็บน้ำฝนขนาดยักษ์ ชั้นหินอุ้มน้ำสามารถเติมเต็มได้ในช่วงที่มีฝนตกชุก จากนั้นกักเก็บน้ำไว้จนกว่าจะจำเป็นต้องใช้ในฤดูแล้ง เมืองต่างๆ กำลังใช้การถมน้ำจากพายุในระดับที่เล็กลงแล้วผ่านสิ่งก่อสร้างต่างๆ เช่น bioswales และสวนฝน ซึ่งพายุน้ำไหลผ่าน ทราย หรือคลุมด้วยหญ้าเพื่อขจัดเศษและป้องกันการไหลบ่าของพื้นผิว ในย่าน Sun Valley ของลอสแองเจลิส Charbonnet และ David Sedlak ที่ปรึกษาของเขากำลังทำงานร่วมกับชุมชนท้องถิ่นเพื่อเปลี่ยนหลุมกรวดขนาด 46 เอเคอร์ให้เป็นพื้นที่ชุ่มน้ำและระบบแทรกซึมของน้ำสำหรับน้ำจากพายุ "ก่อนที่เราจะสร้างอาคาร ถนน และลานจอดรถที่ประกอบเป็นเมืองของเรา น้ำฝนจะไหลซึมลงสู่พื้นดินและเติมน้ำชั้นหินอุ้มน้ำใต้ดิน" Sedlak ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมของ UC Berkeley และผู้อำนวยการร่วมของ Berkeley Water Center กล่าว "ในขณะที่ระบบสาธารณูปโภคในพื้นที่ที่เน้นเรื่องน้ำพยายามหาวิธีนำน้ำจากพายุในเมืองกลับคืนสู่พื้นดิน ปัญหาคุณภาพน้ำจึงกลายเป็นประเด็นสำคัญ ทรายเคลือบของเราเป็นวิธีใหม่ที่ราคาไม่แพงซึ่งสามารถกำจัดสิ่งปนเปื้อนจำนวนมากที่ ก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อระบบน้ำใต้ดินที่น้ำฝนถูกแทรกซึมเข้ามา” แม้ว่าทรายเคลือบจะไม่ได้ขจัดสิ่งปนเปื้อนทุกประเภท แต่อาจใช้ร่วมกับระบบกรองน้ำอื่นๆ เพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนจำนวนมากที่กักเก็บน้ำได้ Sedlak กล่าว ทีมงานให้รายละเอียดเกี่ยวกับการค้นพบนี้เมื่อวัน ที่30 สิงหาคมในวารสารEnvironmental Science & Technology ในการสร้างทรายเคลือบ Charbonnet ผสมทรายธรรมดากับแมงกานีสสองรูปแบบซึ่งทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างแมงกานีสออกไซด์ แร่ธาตุที่ไม่เป็นอันตรายนี้จับกับสารเคมีอินทรีย์ เช่น ยากำจัดวัชพืช ยาฆ่าแมลง และสารบิสฟีนอลเอ (BPA) ที่รบกวนต่อมไร้ท่อ และแตกมันออกเป็นชิ้นเล็ก ๆ ซึ่งโดยปกติจะเป็นพิษน้อยกว่าและย่อยสลายได้ทางชีวภาพมากกว่า Charbonnet กล่าวว่า "แมงกานีสออกไซด์เป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ด้านดินระบุเมื่อ 30 หรือ 40 ปีที่แล้วว่ามีคุณสมบัติที่น่าสนใจจริงๆ แต่เราเป็นหนึ่งในกลุ่มแรกๆ ที่ใช้มันในทางวิศวกรรมเพื่อช่วยปลดล็อกแหล่งน้ำนี้" Charbonnet กล่าว ทรายเคลือบแมงกานีสออกไซด์ซึ่งมีสีน้ำตาลหม่นนั้นปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม Charbonnet กล่าวว่า "ฉันรับประกันได้ว่ารองเท้าของคุณมีแมงกานีสออกไซด์อยู่บ้าง เพราะมันมีอยู่ทั่วไปในดิน" Charbonnet ทดสอบทรายโดยการซึมผ่านน้ำฝนจำลองซึ่งมี BPA ความเข้มข้นต่ำผ่านคอลัมน์ของวัสดุ ทรายที่เคลือบในตอนแรกได้กำจัด BPA เกือบทั้งหมด แต่สูญเสียประสิทธิภาพเมื่อเวลาผ่านไป อย่างไรก็ตาม แมงกานีสออกไซด์สามารถ "ชาร์จ" ได้โดยการอาบทรายในสารละลายที่มีคลอรีนความเข้มข้นต่ำ การอัดทรายกลับคืนปฏิกิริยาเริ่มต้นของแมงกานีสออกไซด์ทั้งหมด "ถ้าคุณต้องเข้ามาทุกปีหรือสองปีเพื่อขุดทรายนี้และแทนที่ มันต้องใช้แรงงานมากอย่างไม่น่าเชื่อ ดังนั้นเพื่อให้สิ่งนี้มีประโยชน์ต่อผู้มีส่วนได้ส่วนเสียในชุมชน สิ่งสำคัญคือต้องสร้างทรายนี้ขึ้นมาใหม่" Charbonnet พูดว่า. Charbonnet ประมาณการว่าจะใช้เวลาประมาณ 2 วันในการเติมชั้นทรายที่ลึกครึ่งเมตรอีกครั้งโดยใช้คลอรีน 25 ส่วนต่อล้านส่วนในน้ำ ซึ่งเป็นความเข้มข้นที่ใช้ในการบำบัดน้ำเสีย ในขั้นตอนต่อไปของการทดลอง ทีมงานกำลังทำการทดสอบภาคสนามใน Sonoma County โดยใช้น้ำฝนจากลำธารในท้องถิ่น