Behandlet hydraulisk fraktureringsspildevand kan forurene områdets vandkilder i årevis

I betragtning af Pennsylvanias rigelige naturressourcer, det er ingen overraskelse, at Commonwealth er blevet et mekka for hydraulisk frakturering. Forskere, imidlertid, har for nylig opdaget, at frigivelse af millioner af liter behandlet hydraulisk spaltning af spildevand hvert år i overfladevand kan have længere varige virkninger end oprindeligt antaget.

Ifølge U.S. Energy Information Administration, hydraulisk frakturering tegnede sig for mere end halvdelen af ​​den amerikanske olieproduktion og to tredjedele af den amerikanske gasproduktion i 2015. Den procentdel forventes at stige, efterhånden som flere stater begynder at tage denne praksis i brug. Selvom undersøgelser viser, at hydraulisk frakturering producerer mindre drivhusemissioner end ældre teknologier som kul, det kommer med andre miljøhensyn. Øverst på listen er spildevandet, det producerer, som indeholder et væld af potentielt farlige forurenende stoffer. Alene i 2015 Pennsylvanias ukonventionelle gasbrønde producerede næsten 1,7 milliarder gallons spildevand. Mens der er faciliteter dedikeret til at rense spildevandet før det frigives, de giver kun begrænset behandling, efterlader mange af de forurenende stoffer intakte.

For at få en bedre forståelse af virkningen af ​​disse forurenende stoffer på miljøet, Penn State miljøingeniørprofessor Bill Burgos og hans kolleger studerede sedimentprøver indsamlet fra et reservoir i det vestlige Pennsylvania. Undersøgelsen blev offentliggjort i det seneste nummer af Miljøvidenskab og -teknologi .

"Der var ikke en vandmand, der sad i disse floder og indsamlede disse prøver ved et fantastisk kontinuerligt klip, så på en måde, en masse information strømmede bare forbi, " sagde Burgos. "Men i visse reservoirer, hvor sedimenter samles over tid, der er lag af sediment, der er som ringe på et træ; du kan se ind i sedimenterne og fange tid og rumligt sammensatte prøver."

Formålet med undersøgelsen var at bruge de sedimenter, der var bygget op, til at rekonstruere den industrielle olie- og gasaktivitet, der skete under boomet af Marcellus Shale-udviklingen i Pennsylvania, fra omkring 2008 til 2015, for at få en bedre forståelse af de historiske konsekvenser af bortskaffelse af olie- og gasspildevand.

"Du har brug for en sø eller et reservoir, der tillader sedimenter at ligge uforstyrret i disse lag, " sagde Burgos. "De ord, vi bruger, er en 'sammenhængende tidsmæssig optegnelse'. Du får kun en sammenhængende tidsmæssig rekord, hvis det er en sø, der kontinuerligt akkumulerer sedimenter og ikke er udsat for en oversvømmelse eller skuring."

Xiaofeng Liu, adjunkt i civilingeniør, udviklet en computermodel til at rekonstruere sedimentlagene for at identificere den bedste prøveudtagningsplacering. Forskerne valgte Conemaugh River Lake i det vestlige Pennsylvania. Dette sted tilbød høj spildevandskoncentration og lav spildevandfortynding, samt et dæmningsstyret reservoir.

Når placeringen var besluttet, holdet begyndte at indsamle prøver.

"Vi indsatte et rør i sedimentet, som om du ville lægge et sugerør i en Slurpee eller en slushy, " sagde Burgos. "Du lægger din tommelfinger over halmen, og du trækker det ud."

I dette tilfælde, de brugte landbrugsdrænrør, plasthætter og tape, frem for et sugerør og en tommelfinger, at indsamle sedimentprøver, som straks blev frosset for at bevare indholdet og derefter bragt tilbage til Kappe Environmental Engineering-laboratoriet i Penn State.

En gang i laboratoriet, forskerne skubbede prøverne ud som en push-up ispop, skære dem i skiver.

"Vi delte dem op i forskellige sektioner, så vi kunne køre forskellige analyser på dem, " sagde Nathaniel Warner, assisterende professor i miljøteknik ved Penn State og medforfatter på undersøgelsen.

Warner sagde, at forskerne, i samarbejde med Colorado State University, ledte efter signaturer med høj radioaktivitet og målte porevandet og radioisotoperne for at bestemme sedimenternes alder. De testede også den store mineralogi, partikelstørrelse og kornstørrelse, i et forsøg på at udvikle en fuld profil.

Resultaterne fastslog, at udledning af olie- og gasspildevand påvirkede vandkvaliteten og sedimentkvaliteten i større skala end tidligere antaget. Store mængder olie- og gasspildevand med høje mængder klorid, barium, strontium, radium og organiske forbindelser efterlod høje koncentrationer i sedimenterne og porevandet.

Specifikt, to vigtige typer organiske kontaminanter blev fundet:hormonforstyrrende kemikalier (nonylphenolethoxylater) og kræftfremkaldende stoffer (polycykliske aromatiske kulbrinter). De højeste koncentrationer faldt sammen med sedimentlag deponeret for fem til ti år siden, under toppen af ​​Marcellus Shale aktivitet.

"Isotoperne bekræfter, at det er ukonventionelt olie- og gasaffald, sagde Burgos.

Nogle isotopforhold, såsom strontium og radium, er ret unikke for Marcellus-formationen. En tidligere undersøgelse foretaget af Warner viste, at radiumniveauer umiddelbart nedstrøms fra et anlæg var cirka 200 gange større end i sedimenter placeret opstrøms for faciliteterne. Denne aktuelle undersøgelse viser, at forhøjede niveauer blev fundet så langt væk som 12 miles nedstrøms fra rensningsanlæggene.

"Dette er forurenende stoffer, der passerede gennem disse centraliserede affaldsbehandlingsanlæg, og de kan transporteres over store afstande, "Sagde Burgos.

Selvom resultaterne viser langsigtet forurening af Pennsylvania vandskel, forskerne siger, at virkningerne på miljøet og menneskers sundhed stadig er ukendte og svære at vurdere.

"Det er lidt ukendt, ukvalificeret risiko, "Sagde Burgos." Det, du ikke ved, er den synergistiske effekt af alle disse ting sammen, den kombinerede virkning af radium og bly og overfladeaktive stoffer og salt, allesammen. Har den kombinerede effekt af disse ting øget toksiciteten?"

Undersøgelsen viste et betydeligt fald i mængden af ​​forurenende stoffer, der frigives til overfladevand efter det frivillige forbud mod udledning af Marcellus-affald, anmodet af Pennsylvania Department of Environmental Protection, som begyndte i 2011, tyder på, at strammere regler for spildevand hjælper.

Forskerne ønsker nu at bruge de materialer, de har indsamlet, til at måle sedimentlagenes biologiske toksicitet gennem tiden. De planlægger også at teste sedimentprøver på steder længere nedstrøms mod Pittsburgh for at se, hvor langt forureningen har spredt sig og i hvilket omfang.

"Måske når de aldrig til Pittsburgh, "Sagde Burgos." Men sagen er, du ser på et kort, og der er andre planter opstrøms for Pittsburgh på hovedstammen af ​​Allegheny-floden, og der er ingen grund til at antyde, at disse planter ikke bidrager med det samme."