Alger blommar i Mexikanska golfen förbrukar majoriteten av syret i vattnet, vilket leder till massiva "döda zoner" som inte kan stödja fisk eller annat vilda djur. Den skyldige? Nitrat, rinner av jordbruksfält genom kakeldräneringssystem. Men nitrat är bara en del av problemet. Alger i sötvattenssjöar och dammar blomstrar när de utsätts för en annan förorening, fosfor, och den minsta mängden räcker för att utlösa en blomning.

Illinois och de 11 andra staterna som skickar majoriteten av vattnet till Mississippifloden sätter aggressiva mål för att minska nitrat- och fosforföroreningar i Mexikanska golfen. För att uppnå dessa mål, stora källor till fosfor, såsom avloppsreningsverk, kommer att behöva investera i ny infrastruktur. Men ny forskning tyder på att det kan vara en roll för bönder, också.

Laura Christianson, biträdande professor i vattenkvalitet vid Institutionen för grödor vid University of Illinois, är expert på flisbioreaktorer. Hon har gjort ett omfattande arbete för att demonstrera potentialen hos de flisfyllda skyttegravarna i att ta bort nitrat från kakeldräneringsvatten i Illinois-odlingar.

"Flisen och nitratet är nödvändiga för att bakterierna ska slutföra sina livscykler. När de konsumerar nitratet, det tas bort från vattnet. Det är en biologisk process, "Förklarar Christianson.

I en färsk studie, Christianson och flera kollegor tittade på om de också kunde ta bort fosfor genom att lägga till ett speciellt "P-filter" som är utformat för att fånga den förorening som härrör från gödningsmedel. Teamet testade två typer av industriavfallsprodukter i P-filtren:sur gruvdrift (MDR) och stålslagg. Fosfor binder till element som järn, kalcium, och aluminium som finns i dessa produkter, ta bort den från vattnet.

Istället för att blanda MDR eller stålslagg med flis i en stor nitrat- och fosforborttagande maskin, laget placerade ett separat P-filter uppströms eller nedströms en bioreaktor i laboratorieskala. De sprang avloppsvatten från en vattenbrukstank genom systemet och mätte mängden nitrat och fosfor på olika punkter längs vägen.

Nitratborttagning var konsekvent, oavsett P-filtertyp och om P-filtret var uppströms eller nedströms bioreaktorn. Men MDR var mycket bättre än fosforfilter. "Det tog bort 80 till 90 procent av fosforn vid vårt medelflöde, "Säger Christianson." Det var verkligen, riktigt bra. Fantastisk."

Stålslagg, å andra sidan, avlägsnade endast cirka 25 procent av fosforn. "Men stålslagg är mycket lättare att hitta i Mellanvästern. Och enligt Illinois Nutrient Loss Reduction Strategy, vi försöker bara ta bort 45 procent av den fosfor vi skickar nedströms. Eftersom jordbruket bara står för hälften av det, 25 procent skulle vara ganska bra, Säger Christianson.

Systemet visar tydligt potential, men flera okända återstår. Parade bioreaktorer och P-filter har ännu inte testats under verkliga förhållanden, även om en handfull har installerats i USA. Kanske ännu viktigare, forskare har inte ett bra grepp om hur mycket fosfor som rinner av jordbruksfält i kakeldränering.

"Vi misstänker att vår kakeldränering i Illinois inte har mycket fosfor i sig, men vi vet att det finns några, "säger hon." Vi får ett bättre grepp just nu om hur mycket fosfor vi har.

"Vi vet att fosfor rör sig lättare vid ytavrinning. När du har eroderat och vattnet är grumligt och brunt, det finns i allmänhet fosfor fäst vid jorden. Det enkla sättet att sammanfatta det är om du har kakeldränering, du borde vara mer orolig för att tappa nitrat i det vattnet, men om du har kulle mark, du borde vara mer orolig för jorderosion och förlora fosfor. "