Gezien de overvloedige natuurlijke hulpbronnen van Pennsylvania, het is geen verrassing dat het Gemenebest een mekka is geworden voor hydrofracturering. onderzoekers, echter, hebben onlangs ontdekt dat het jaarlijks vrijgeven van miljoenen liters behandeld afvalwater voor hydraulisch breken in het oppervlaktewater van een gebied langdurige effecten kan hebben dan aanvankelijk werd gedacht.

Volgens de Amerikaanse Energy Information Administration, hydraulisch breken was goed voor meer dan de helft van de Amerikaanse olieproductie en tweederde van de Amerikaanse gasproductie in 2015. Dat percentage zal naar verwachting stijgen naarmate meer staten de praktijk beginnen over te nemen. Hoewel studies aantonen dat hydrofracturering minder broeikasgasemissies veroorzaakt dan oudere technologieën zoals steenkool, het komt met andere milieuproblemen. Bovenaan die lijst staat het afvalwater dat het produceert, die een groot aantal potentieel gevaarlijke verontreinigingen bevat. Alleen al in 2015 De onconventionele gasbronnen van Pennsylvania produceerden bijna 1,7 miljard gallons afvalwater. Hoewel er faciliteiten zijn die zich toeleggen op de behandeling van het afvalwater voordat het wordt geloosd, ze bieden slechts een beperkte behandeling, waardoor veel van de verontreinigende stoffen intact blijven.

Om een ​​beter inzicht te krijgen in de impact van deze verontreinigingen op het milieu, Penn State milieutechniekprofessor Bill Burgos en zijn collega's bestudeerden sedimentmonsters die waren verzameld uit een reservoir in het westen van Pennsylvania. Het onderzoek is gepubliceerd in het meest recente nummer van Milieuwetenschap en -technologie .

"Er was geen waterwachter die in deze rivieren zat en deze monsters verzamelde met een geweldige continue clip, dus in zekere zin er stroomde veel informatie voorbij, "Zei Burgos. "Maar in bepaalde reservoirs, waar sedimenten zich in de loop van de tijd verzamelen, er zijn lagen sediment die lijken op ringen van een boom; je kunt in de sedimenten kijken en tijd- en ruimtelijk samengestelde monsters vastleggen."

Het doel van de studie was om de sedimenten die zich hadden opgebouwd te gebruiken om de industriële olie- en gasactiviteit te reconstrueren die plaatsvond tijdens de hausse van de Marcellus Shale-ontwikkeling in Pennsylvania, van ongeveer 2008 tot 2015, om een ​​beter inzicht te krijgen in de historische impact van de verwijdering van olie- en gasafvalwater.

"Je hebt een meer of een reservoir nodig dat sedimenten ongestoord in die lagen laat neerslaan, " zei Burgos. "De woorden die we gebruiken zijn een 'coherent temporeel record'. Je krijgt alleen een coherent temporeel record als het een meer is dat continu sediment ophoopt en niet onderhevig is aan een overstroming of schuren."

Xiaofeng Liu, universitair docent civiele techniek, ontwikkelde een computermodel om de sedimentlagen te reconstrueren om de beste bemonsteringslocatie te identificeren. De onderzoekers kozen voor het Conemaugh River Lake in het westen van Pennsylvania. Deze locatie bood een hoge afvalwaterconcentratie en een lage afvalwaterverdunning, evenals een dam gecontroleerd reservoir.

Toen de locatie bepaald was, het team begon met het verzamelen van monsters.

"We hebben een buis in het sediment gestoken zoals je een rietje in een Slurpee of een slushy zou doen, ' zei Burgos. 'Je steekt je duim over het rietje, en je trekt het eruit."

In dit geval, ze gebruikten agrarische regenpijpen, plastic kappen en band, in plaats van een rietje en een duim, om de sedimentmonsters te verzamelen, die onmiddellijk werden ingevroren om de inhoud te bewaren en vervolgens teruggebracht naar het Kappe Environmental Engineering-laboratorium in Penn State.

Eenmaal in het laboratorium, de onderzoekers duwden de monsters eruit als een push-up ijspop, snijd ze in plakjes.

"We hebben ze opgesplitst in verschillende secties, zodat we er verschillende analyses op konden uitvoeren, " zei Nathaniel Warner, assistent-professor milieutechniek aan Penn State en co-auteur van het onderzoek.

Warner zei de onderzoekers, in samenwerking met de Colorado State University, zocht naar handtekeningen met een hoge radioactiviteit en mat het poriewater en de radio-isotopen om de ouderdom van de sedimenten te bepalen. Ze testten ook de belangrijkste mineralogie, deeltjesgrootte en korrelgrootte, in een poging om een ​​volledig profiel te ontwikkelen.

De resultaten wezen uit dat de lozing van olie- en gasafvalwater op grotere schaal effect had op de waterkwaliteit en sedimentkwaliteit dan eerder werd gedacht. Grote hoeveelheden olie- en gasafvalwater met grote hoeveelheden chloride, barium, strontium, radium en organische verbindingen lieten hoge concentraties achter in de sedimenten en het poriewater.

specifiek, er werden twee belangrijke soorten organische verontreinigingen gevonden:hormoonverstorende chemicaliën (nonylfenolethoxylaten) en kankerverwekkende stoffen (polycyclische aromatische koolwaterstoffen). De hoogste concentraties vielen samen met sedimentlagen die vijf tot tien jaar geleden werden afgezet, tijdens de piek van Marcellus Shale-activiteit.

"De isotopen bevestigen dat dit onconventioneel olie- en gasafval is, ' zei Burgos.

Sommige isotopenverhoudingen, zoals strontium en radium, zijn vrij uniek voor de Marcellus-formatie. Een eerdere studie uitgevoerd door Warner wees uit dat de radiumniveaus direct stroomafwaarts van een fabriek ongeveer 200 keer groter waren dan in sedimenten die zich stroomopwaarts van de faciliteiten bevinden. Deze huidige studie toont aan dat verhoogde niveaus werden gevonden tot op 20 km stroomafwaarts van de zuiveringsinstallaties.

"Dit zijn verontreinigingen die door deze gecentraliseerde afvalverwerkingsinstallaties zijn gegaan, en ze kunnen over grote afstanden worden vervoerd, ' zei Burgos.

Hoewel de bevindingen een langdurige besmetting van de stroomgebieden van Pennsylvania laten zien, de onderzoekers zeggen dat de effecten op het milieu en de menselijke gezondheid nog onbekend en moeilijk in te schatten zijn.

"Het is een soort onbekende, niet-gekwantificeerd risico, Burgos zei. "Wat je niet weet is het synergetische effect van al deze dingen samen, het gecombineerde effect van radium en lood en oppervlakteactieve stoffen en zout, alles bij elkaar. Verhoogt het gecombineerde effect van die dingen de toxiciteit?"

De studie toonde wel een significante daling aan in de hoeveelheid verontreinigende stoffen die vrijkwam in oppervlaktewateren na het vrijwillige verbod op lozing van Marcellus-afval, aangevraagd door het Pennsylvania Department of Environmental Protection, die begon in 2011, wat suggereert dat strengere regels voor afvalwater helpen.

De onderzoekers willen nu de materialen die ze hebben verzameld gebruiken om de biologische toxiciteit van sedimentlagen door de tijd heen te meten. Ze zijn ook van plan om sedimentmonsters te testen op locaties verder stroomafwaarts in de richting van Pittsburgh om te zien hoe ver de verontreiniging zich heeft verspreid en in welke mate.

"Misschien halen ze Pittsburgh nooit, "Zei Burgos. "Maar het punt is, je kijkt naar een kaart en er zijn andere planten stroomopwaarts van Pittsburgh op de hoofdstam van de Allegheny-rivier en er is geen reden om aan te nemen dat deze planten niet hetzelfde bijdragen."