Szivattyúzás egy életen át

Christine Shoemaker

A kormány, az ipar és az egyetemek képviselôinek egyaránt fontos, hogy nagy hatásfokú, gazdaságos és környezetvédelmi szempontból is megfelelô módszereket dolgozzanak ki a talajvíz szennyezôdésének megakadályozására és a talajvíz tisztítására. A szennyezôk, amelyek – többek között – hulladéklerakó-helyekrôl, eltemetett hulladékokból vagy szivárgásokból származnak, kémiai reakciókba lépnek a talajjal és a vízzel. Az eredmény változó. A talajvíz-tisztítás legjobb módszereihez figyelembe kell venni ezeket a kölcsönhatásokat, hiszen a tisztítás eredményessége rajtuk is múlik.

A talajvíz-tisztítás hagyományos módja szerint a szennyezett területeken kutakat állítanak fel, és a szennyezett vizet eltávolítják. Egyetlen terület megtisztításához akár hatvan évig kell szivattyúzni, tisztítani a vizet, és az eljárás költsége több százmillió dollár.

A szivattyúzást sokáig kell folytatni. A talajvíz mozgása miatt közben a szennyezôk elvándorolnak, és koncentrációjuk változik. Ezért a szivattyúzás legalkalmasabb helye és a legelônyösebb szivattyúzási sebesség az idôk folyamán változik. Ha tehát a mérnökök "olcsó" tisztítási tervet akarnak kidolgozni, a lehetô legpontosabban kell ismerniük, hogy a szivattyúzási sebesség és a legmegfelelôbb szivattyúzási hely hogyan változik az idô függvényében. Az idôfüggô szivattyúzási sebesség kiszámítása sokkal nehezebb, mint a legjobb, idôben állandó szivattyúzási eljárás kidolgozása.

Christine Shoemaker, a Cornell University professzora az "ideális" talajvíz-szivattyúzási eljáráson dolgozik munkatársaival. A Cornell Theory Center szuperszámítógépes rendszerével olyan optimális vezérlô algortimust hoztak létre, amely figyelembe veszi a talajvíz-tisztítást befolyásoló számos tényezôt. A folyamat szemléltetésére szuperszámítógépes szimulációt is készítettek.

Shoemaker kutatása és szimulációja leírja, hogyan vándorolnak a szennyezô anyagok a telítetetlen területeken át a telített vidékek talajvizébe. Miközben áthaladnak a telítetlen és telített földön, kémiai és biológiai reakciók játszódnak le a szennyezôk és a talaj komponensei között. A reakciók befolyásolhatják a szivattyúzás hatékonyságát. A modell ezekkel is számol.

Shoemaker csoportja kidolgozott egy olyan animációt is, amely megmutatja, hogyan hatnak a különbözô eljárások, valamint a természetes kémiai és biológiai folyamatok a talajvíz tisztulására. Az ideális eljárást a tizenöt év alatti koncentráció- és hidraulikus nyomásváltozások alapján szemlélteti a program. Három hónap után még nagyon sok szennyezô van a talajban, de hét év elteltével jelentôsen csökken a szennyezôk mennyisége, bár az ivóvízre vonatkozó elôírásoknak még nem tesz eleget.

Shoemaker kutatásai kimutatták, hogy a tisztítás akkor gazdaságos, ha minden kút esetében változik a szivattyúzási sebesség az idô folyamán. "Eleinte érdemes sokat szivattyúzni", mondja Shoemaker. Számításai szerint az ideális szivattyúzási eljárás idôben változó szivattyúzási sebességet alkalmaz, ami 50%-kal olcsóbb, mintha hagyományos módon, állandó sebességgel szivattyúznának. "A módszer egy adott terület vagy víztároló réteg tisztítására is adaptálható", mondja, "és ha már megismertük az eljárást, számos esetben alkalmazhatjuk."

Shoemaker kutatásai közvetett hasznonnal is jártak. Miközben azt vizsgálták, hogyan foglalhatnának bele egyetlen rendszerbe számos olyan korlátozást, amely befolyásolja a talajvíz-tisztítást (ilyen például a kémiai és biológiai reakciók sokasága vagy a szennyezôk és a talajvíz vándorlása), más területeken, például a vegyiparban vagy a robotfejlesztésben is alkalmazható optimális vezérlô algoritmust sikerült kidolgozni.