«Сточные воды гидроразрыва и дренаж кислых шахт представляют собой хорошо задокументированные риски для окружающей среды и здоровья населения. Но в лабораторных испытаниях мы обнаружили, что, смешивая их в правильных пропорциях, мы можем связать некоторые из загрязнителей гидроразрыва в твердые частицы, которые могут быть удалены перед водой. «сбрасывается обратно в ручьи и реки», — сказал Авнер Венгош, профессор геохимии и качества воды в Школе окружающей среды Герцога Николая.«Это может быть эффективным способом очистки сточных вод от гидроразрыва пласта Marcellus Shale, одновременно обеспечивая полезное использование кислотного дренажа шахт, который в настоящее время загрязняет водные пути на большей части северо-востока Соединенных Штатов», — сказал Венгош. «Это беспроигрышный вариант для промышленности и окружающей среды».
Он добавил, что смешивание сточных вод гидроразрыва с кислыми стоками рудников также может помочь снизить истощение местных ресурсов пресной воды, предоставив бурильщикам источник оборотной воды, пригодной для использования в процессе гидроразрыва пласта.«Нехватка пресной воды в засушливых регионах или в периоды засухи может серьезно ограничить разработку сланцевого газа во многих районах США и других регионах мира, где вот-вот начнется гидроразрыв», — сказал Венгош. «Использование кислого дренажа шахт или других источников оборотной или маргинальной воды может помочь решить эту проблему и предотвратить истощение запасов пресной воды».Рецензируемое исследование было опубликовано в конце декабря 2013 года в журнале Environmental Science.
Технология.При гидравлическом разрыве пласта, или, как его иногда называют, гидроразрыв пласта, миллионы тонн воды закачиваются в скважины под высоким давлением для взлома открытых сланцевых залежей, залегающих глубоко под землей, и добычи природного газа, заключенного в породах. Часть воды течет обратно через колодец вместе с природными рассолами и природным газом.
Эта «обратная жидкость» обычно содержит высокие уровни солей, встречающихся в природе радиоактивных материалов, таких как радий, и металлов, таких как барий и стронций.Исследование, проведенное в прошлом году командой Duke, показало, что стандартные процессы очистки лишь частично удаляют эти потенциально вредные загрязнители из сточных вод Marcellus Shale, прежде чем они сбрасываются обратно в ручьи и водотоки, вызывая накопление радиоактивности в отложениях ручьев рядом с местом захоронения.
Кислотный дренаж шахт вытекает из заброшенных угольных шахт во многие ручьи в Аппалачском бассейне. Он может быть очень токсичным для животных, растений и людей и влияет на качество сотен водных путей в Пенсильвании и Западной Вирджинии.
Поскольку большая часть текущих разработок сланцевого газа Marcellus происходит в регионах, где раньше велась большая добыча угля, некоторые эксперты предположили, что кислотный дренаж шахт можно использовать для гидроразрыва скважин сланцевого газа вместо пресной воды.Чтобы проверить эту гипотезу, Венгош и его команда смешали различные смеси сточных вод гидроразрыва пласта Marcellus и кислотных шахтных стоков, которые были собраны на площадках в западной Пенсильвании и предоставлены ученым отраслью.Через 48 часов ученые изучили химический и радиологический состав 26 различных смесей. Геохимическое моделирование использовалось для моделирования химических и физических реакций, которые произошли после смешивания; затем результаты моделирования были проверены с помощью дифракции рентгеновских лучей и путем измерения радиоактивности вновь образованных твердых тел.
«Наш анализ показал, что несколько ионов, включая сульфат, железо, барий и стронций, а также от 60 до 100 процентов радия, осаждались в течение первых 10 часов во вновь образованные твердые частицы, состоящие в основном из барита стронция», — сказал Венгош. По его словам, эти радиоактивные твердые частицы можно удалить из смесей и безопасно утилизировать на лицензированных объектах по обращению с опасными отходами. Общая соленость смешанных флюидов также была снижена, что сделало очищенную воду пригодной для повторного использования на участках гидроразрыва.«Следующим шагом будет испытание этого в полевых условиях.
Хотя наши лабораторные испытания показывают, что технически возможно производить переработанную очищенную воду, пригодную для гидроразрыва пласта, все еще необходимы полевые испытания, чтобы подтвердить ее осуществимость в эксплуатационных условиях», — сказал Венгош. сказал.