Forskare i Daniel Giammars labb vid McKelvey School of Engineering vid Washington University i St. Louis fann att tillsats av ortofosfat till en vattenförsörjning innan du byter till kloramin från fritt klor kan förhindra blyförorening i vissa situationer. Kredit:Washington University i St. Louis
Cirka 80 procent av vattensystemen över hela landet använder ett desinfektionsmedel i dricksvatten som kan leda till oönskade biprodukter, inklusive kloroform. Det finns ett alternativ, men många städer har varit rädda för att använda den.
Det beror på att år 2000 när vattenmyndigheten i Washington, D.C., bytte från fritt klor till kloramin, nationen såg när nivåerna av bly i dricksvattnet omedelbart steg upp. De stannade uppe i fyra år medan forskare fastställde problemet och implementerade en lösning.
I andra städer som använde fritt klor, Washingtons erfarenhet hade en kylande effekt; många har skjutit upp att byta desinfektionsmedel, fruktar sin egen blykris.
De kan snart säkert göra bytet, tack vare forskning från McKelvey School of Engineering vid Washington University i St. Louis. Forskare fann att tillsats av ortofosfat till vattenförsörjningen innan du byter till kloramin kan förhindra blyförorening i vissa situationer.
Resultaten av studien publicerades i Miljövetenskap och teknik .
På grund av dess formbarhet och livslängd, bly var det föredragna materialet för servicelinjer, rören som levererar vatten från en vattenledning till bostäder, för första hälften av 1900-talet. Eftersom rören korroderar i närvaro av fritt klor, en viss typ av bly, PbO 2 , kan byggas upp på deras inre ytor.
Den uppbyggnaden är vanligtvis inga problem. Faktiskt, så länge som fritt klor används som desinfektionsmedel, PbO 2 är faktiskt positivt, enligt Daniel Giammar, Walter E. Browne professor i miljöteknik vid Washington University. Denna form av bly har en låg löslighet så det förblir i fast form på rören, istället för i vattnet.
PbO 2 är inte alltid så godartad, dock. "Det finns en potentiell risk eftersom lösligheten bara är låg om du fortsätter att använda den här typen av klor, " sa Giammar.
Att byta till ett annat desinfektionsmedel som kloramin - blandningen av klor och ammoniak som Washington bytte till i slutet av 2000 - gör att blyet blir vattenlösligt. PbO 2 löser sig sedan snabbt och släpper ut bly i vattensystemet.
I Washington, forskare fastställde att tillsats av ett visst fosfat, kallas ortofosfat, till systemet skulle skapa blyfosfat. Detta nya material hade också låg löslighet, så igen, blymaterialet började täcka väggarna i rören istället för att lösas upp i dricksvatten.
"Men att bilda det nya, beläggning med låg löslighet tar tid, " sa Giammar. I fallet Washington, "blykoncentrationerna tog månader att komma ner."
Lösningen hade identifierats och implementerats, men invånarna fortsatte att ta itu med bly i vattnet i månader. "Vår övergripande fråga var, "Skulle de ha haft ett problem om de hade implementerat lösningen innan de gjorde klorbytet? Tänk om de tillsatte ortofosfat innan, som en förebyggande åtgärd, och sedan bytte de desinfektionsmedel? Skulle de ha haft problem?"
Återskapa Washington vatten
Att få reda på, forskarna var tvungna att återskapa 2000 i sitt labb. "Vi var tvungna att återskapa krisen, se sedan krisen inträffa och se vår föreslagna lösning parallellt, " sa Giammar. De köpte blyrör, sedan återskapade Washington vatten.
Första författare Yeunook Bae, en Ph.D. student i Giammars labb, slingrade vattnet genom ett sexrörssystem med fritt klor i 66 veckor för att få blyfjällen att bildas. När de närmade sig de som hittades i Washington, rören delades in i en studiegrupp och en kontrollgrupp.
Forskare tillsatte sedan ortofosfat till vattnet i tre av rörsystemen, studiegruppen, i 14 veckor.
Sedan, som vattenmyndigheten i Washington hade gjort, forskare bytte från fritt klor till kloramin i alla sex systemen, slinga vattnet genom rören i mer än 30 veckor.
Blyet på rören som inte fick ortofosfat blev lösligt, som i Washington, leder till höga blyhalter i vattnet. I rören som ortofosfat tillsattes, "nivåerna gick från riktigt låga till fortfarande ganska låga, " sa Giammar.
Den experimentella uppställningen var utformad för att låta forskare ta bort små delar av röret utan att störa systemet. Det gjorde att de kunde se hur snabbt övergången till kloramin påverkade systemet.
Den lagstadgade nivån som fastställts av EPA för bly i dricksvatten är 15 mikrogram bly per liter vatten.
Inom fem dagar efter bytet, blyhalterna i kontrollrören – de utan ortofosfat – steg från fem till mer än 100 mikrogram/liter. Under de efterföljande 30 veckorna, nivåerna föll aldrig under 80 mikrogram/liter.
I vatten behandlat med ortofosfat, nivåerna förblev under 10 mikrogram/liter under hela experimentet.
Washington University-teamet lärde sig också något annat:På grund av de höga nivåerna av kalcium i Washingtons vatten, tillsats av ortofosfat resulterade inte i ett rent blyfosfat, men ett kalciumblyfosfat.
Denna överraskning pekar på det unika i varje situation. De som övervakar vattensystem och är oroliga för att byta desinfektionsmedel kan inte bara dra nytta av denna studie, enligt Giammar, men också från sina egna studier, skräddarsydda för deras specifika vatten- och miljöförhållanden.
Ändå, denna upptäckt kan hjälpa till att vägleda beslut i de ungefär 80 procent av amerikanska vattensystem som fortfarande använder fritt klor, inklusive Chicago och New York City.
"Vårt nästa stora steg, " sa Giammar, "se till att platser som funderar på att byta desinfektionsmedel vet att det finns möjlighet att göra det på ett säkert sätt."
