Impact van Afvalwater op Waterkwaliteit in de Florida Keys

Afvalwater bevat voedingsstoffen die algen kunnen overvoeden, wat leidt tot schadelijke algengroei en vervuilingsproblemen in de oceaan en andere waterwegen. Een nieuwe studie van onderzoekers aan de Penn State University heeft gevolgd hoe deze voedingsstoffen migreren vanuit afvalstortplaatsen in de Florida Keys, en de resultaten hebben al invloed gehad op de afvalwaterpraktijken in de regio.

De wetenschappers rapporteerden hun bevindingen, die twee jaar aan monitoringgegevens van afvalwater en grondwater samenvatten, in het tijdschrift ACS ES&T Water. De gegevens werden openbaar gemaakt naarmate ze werden verzameld.

Veel zuiveringsinstallaties in de Florida Keys voeren een eerste biologische en chemische behandeling van afvalwater uit en injecteren het vervolgens in ondiepe putten, minder dan 30 meter onder de grond. In theorie zouden resterende voedingsstoffen zoals anorganisch fosfaat zich hechten aan het oppervlak van de porieuze kalksteen ondergrond terwijl de afvalwaterwolk door de ondergrond reist voordat deze de kustwateren bereikt, aldus de wetenschappers.

Echter, onderzoekers van Penn State en andere wetenschappers hebben mogelijke afvalwatervervuiling in grondwater en nabij de kust aangetroffen, wat suggereert dat de huidige technieken voor afvalwaterbehandeling en -afvoer mogelijk onvoldoende zijn. Een milieuorganisatie heeft de stad Marathon, Florida, in 2022 aangeklaagd vanwege vermeende vervuiling door ondiepe putten. De stad heeft ingestemd met een schikking door over te stappen van het gebruik van dergelijke putten.

In 2021 installeerden Penn State-wetenschappers monitoringputten rond de injectieplaats van de afvalwaterzuiveringsinstallatie van de stad Marathon en verzamelden ze twee jaar lang gegevens over voedingsstoffen, opgeloste ionen en door mensen geproduceerde verbindingen, zoals de kunstmatige zoetstof sucralose en farmaceutische producten, in grondwater en nabij de kust.

Ze ontdekten dat het ondiepe injectieproces meer dan 90% van de oplosbare reactieve fosfor (SRP), een type anorganisch fosfaat, verwijderde. Maar zowel SRP als sucralose werden aangetroffen in kustwateren, wat wijst op een onvolledige verwijdering van afvalwater, volgens de onderzoekers.

“Onze bevindingen suggereren dat het gebruik van ondiepe injectie als verwijderingsmechanisme voor behandeld afvalwater opnieuw moet worden geëvalueerd in faciliteiten met grote lozingscapaciteiten,” zei Miquela Ingalls, assistent-professor geowetenschappen aan Penn State en corresponderend auteur van de studie.

“Verdere analytische en kwantitatieve benaderingen zoals die wij hier hebben gebruikt, kunnen helpen bepalen of afvalwaterinjectie kan worden beschouwd als het directe equivalent van een puntbronvervuiling.” De Clean Water Act maakt het illegaal om verontreinigingen rechtstreeks in zoetwater te lozen—zoals rioolwater dat uit een pijp in een rivier stroomt. Maar of iets als het equivalent van directe lozing wordt beschouwd, is ingewikkeld en omvat factoren zoals hoe ver het water moet reizen en het pad dat het volgt, aldus de onderzoekers.

In de Florida Keys reist het water door een ondergrond die bestaat uit een poreus carbonaatmateriaal gemaakt van oude koraalriffen die fosfaat aan hun oppervlak kunnen binden via een proces dat adsorptie wordt genoemd. “Het idee is dat elk overgebleven fosfaat dat niet is gereinigd in de eerste behandelingsstappen, zodra het in de grond wordt gepompt, op het oppervlak van de ondergrond zal worden geadsorbeerd en uit de oplossing zal worden verwijderd,” zei Ingalls.

De wetenschappers zeiden dat ongeveer 75% van de SRP in de eerste 10 dagen van de transitie uit de wolk werd verwijderd door adsorptie. Een langzamere verwijderingsmechanisme waarbij SRP wordt opgenomen in calciumfosfaatmineralen, zoals die welke onze botten en tanden vormen, bracht de totale fosfaatverwijderingsefficiëntie boven de 90%.

De onderzoekers injecteerden ook fluorescerende groene kleurstof om de beweging van het afvalwater van de injectieput door de reeks van bemonsteringsputten te traceren. Grondwater in de Florida Keys heeft een hoge saliniteit door de nabijheid van de oceaan en is daarom zeer dicht, aldus de wetenschappers. Wanneer minder dicht afvalwater ondergronds wordt geïnjecteerd, drijft het snel weer naar de oppervlakte.

Dit is een probleem omdat verontreinigingen of voedingsstoffen die niet in de eerste behandeling zijn verwijderd of aan de ondergrond zijn geadsorbeerd, rechtstreeks naar de nabijgelegen wateren langs de kust kunnen reizen, aldus de wetenschappers. “Het is een soort samenvloeiing van problemen vanwege de geografie van de Keys,” zei Ingalls. “Je hebt dit zoute grondwater dat ervoor zorgt dat het minder dichte afvalwater naar de oppervlakte drijft. En de Keys zelf zijn zulke smalle landmassa’s dat zodra het weer naar de oppervlakte komt, er heel weinig transportafstand is voordat het weer in de oceaan terechtkomt.”

Ingalls zei dat het team doorgaat met het analyseren van gegevens die zijn verzameld uit de ondiepe injectieputten en zich momenteel richt op de niveaus van stikstof—een andere vervuiler in afvalwater. “Bij fosfaat gaat het om de chemische binding aan de carbonaatondergrond,” zei ze. “Bij stikstof gaat het volledig om de microbieel gemeenschappen die in de ondergrond leven en nitraat en andere stikstofverbindingen consumeren. De reden om beide te bestuderen is dat beide soortgelijke negatieve effecten op schoon water kunnen hebben. Beide kunnen eutrofiëring veroorzaken, wat de algengroei en lage zuurstofomstandigheden verhoogt die schadelijk zijn voor kwetsbare ondiepe mariene ecosystemen.”