Forskare vid Duke University har utvecklat en serie med fyra nya tester som kan användas för att upptäcka föroreningar av kolaska i jord med oöverträffad känslighet.

Testerna är speciellt utformade för att analysera marken för förekomst av flygaskepartiklar så små andra tester kan missa dem.

Flygaska är en del av kolförbränningsrester (CCR) som genereras när ett kraftverk bränner pulveriserat kol. De små flygaskepartiklarna, som ofta är mikroskopiska i storlek, innehåller höga halter arsenik, selen och andra giftiga ämnen, många av dem har berikats genom förbränningsprocessen.

Medan majoriteten av flygaska fångas upp av fällor i kraftverket och slängs till deponeringar och deponier för kolaska, en del rymmer och släpps ut i miljön. Över tid, dessa partiklar kan ackumuleras i jorden medvind från växten, riskerar miljön och människors hälsa.

"På grund av storleken på dessa partiklar, det har varit utmanande att upptäcka dem och mäta hur mycket flygaska som har samlats, "sa Avner Vengosh, Erkänd professor i miljökvalitet vid Duke's Nicholas School of the Environment. "Våra nya metoder ger oss möjligheten att göra det - med hög grad av säkerhet."

Kolförbränningsrester är de största industriella fasta avfall som produceras i USA. När mark som är förorenad med flygaska störs eller grävs upp, damm som innehåller askan kan transporteras genom luften till närliggande bostäder och andra inomhusmiljöer. Inandning av damm som innehåller flygaska partiklar med höga halter av giftiga metaller har kopplats till lung- och hjärtsjukdomar, cancer, störningar i nervsystemet och andra biverkningar.

"Att kunna spåra kontamineringen tillbaka till dess källa är avgörande för att skydda folkhälsan och identifiera var saneringsinsatserna bör fokuseras, "sa Zhen Wang, en doktorand i Vengoshs labb på Duke, som ledde studien. "Dessa nya metoder kompletterar tester som vi redan har utvecklat för att spåra kolaska i miljön och utöka vårt utbud av undersökningar."

De nya testerna är utformade för att användas tillsammans för att ge oberoende bekräftelser av huruvida flygaskepartiklar finns i ett jordprov och i så fall, i vilken proportion till den totala jorden.

"Först, vi mäter överflödet av vissa metaller, som arsenik, selen och antimon, som vi vet är mer berikade med kolaska än i vanlig jord, " sa Wang. "Om dessa metaller är närvarande i högre än normalt nivåer, vi testar provet med två andra geokemiska indikatorer, radiumnuklider och blystabila isotoper, som är känsligare än spårmetaller och kan användas för att upptäcka låg förekomst av flygaska i jordar. Vi undersöker också jorden i mikroskop för att testa om vi fysiskt kan identifiera flygaskepartiklar och uppskatta hur stor andel av jorden de utgör."

Varje metod har sina egna styrkor och svagheter, och om det endast används kan det leda till överskattning eller underskattning av förekomsten av fluga i marken, sa Vengosh. "Genom att använda alla fyra tillsammans, vi kan verifiera den rättsmedicinska undersökningen av förekomst av flygaska i jordar."

För att bedöma tillförlitligheten av de nya testerna, forskarna analyserade ytjord från 21 platser motvind i Tennessee Valley Authority's Bull Run Fossil Plant i Claxton, Tenn., och 20 platser längs med Duke Energys Marshall Steam Station vid Lake Norman, NC -proverna i North Carolina kom från Mooresville, en stad som ligger tvärs över sjön från Marshall-fabriken. Kontrollprover samlades också in på platser i vindriktningen för varje planta.

Testerna visade konsekvent att de flesta av de prover som samlats ned från båda anläggningarna innehöll kontaminering av flygaska, men eftersom andelen flygaska var låg, koncentrationerna av giftiga ämnen översteg inte hälsoriktlinjerna för metaller i marken.

Testerna visade också att jordprov nära Bull Run Fossil Plant i Tennessee generellt innehöll betydligt högre nivåer av flygaska än de från North Carolina, och att den högsta koncentrationen var i jord från Claxton Community Park, en lekplats och rekreationsplats utanför Bull Run-anläggningen.

Vad säger allt detta till oss?

"Först, det bekräftar att våra nya verktyg fungerar konsekvent och, när de används tillsammans, tillhandahålla en tillförlitlig metod för att upptäcka kontaminering som andra tester kan missa, " sa Vengosh.

"Andra, det understryker behovet av att regelbundet övervaka platser i omedelbar närhet av vinden till ett koleldat kraftverk, även om föroreningsnivåerna ligger under nuvarande säkerhetströsklar. Flygaska ackumuleras med tiden, och risker kan växa med upprepad exponering för lekplatsdamm eller hemdamm, Sa Vengosh.

"Låga koncentrationer av giftiga metaller i marken är inte lika med ingen risk, " sade Vengosh. "Vi måste förstå hur närvaron av flygaska i jordar nära kolväxter kan påverka hälsan hos människor som bor där. Även om kolanläggningar i USA stängs av eller ersätts med naturgas, miljöarvet från kolaska i dessa områden kommer att finnas kvar i decennier framöver."

Den peer-reviewade studien publicerades den 20 juli i Miljövetenskap och teknik.