Giriş: Hidrolik Fracturing'in Çevre Stakesi

Hidrolik fracturing veya rakking, birçok ülkede enerji ithal bağımlılığını azalttı ve frakking operasyonlarının hızlı genişlemesinin de potansiyel ve halk sağlığı sonuçları üzerinde yoğun scrutiny çekilmesine olanak sağlayarak küresel enerji peyzajını değiştirdi.

Bu organik bileşikler, ekstraksiyon verimliliğini geliştirirken, çevrede dökülen, iyi vücut başarısızlıkları veya uygunsuz atık su tasarrufu sağlar. Riskler, yeraltı kirliliği, toprak bozulması ve uçucu organik bileşiklerden hava kirliliği (VOCs) içerir. Bu sıvıların bileşimini anlamak, çevresel salıverme yolları risk değerlendirmeleri ve etkili mitigation stratejilerinin geliştirilmesi için kritiktir.

Bu makale, hidrolik fracturing sıvılarında organik kirleticilerle ilişkili çevresel risklerin kapsamlı bir değerlendirmesini sağlar. Bu kimyasalların türlerini ve özelliklerini kapsar, risk, düzenleyici çerçeveleri değerlendirmek için yöntemler ve en iyi uygulamaları minim zarar vermek için.

Hidrolik Fracturing Akışkanlar Nedir?

Hidrolik fracturing sıvı - "kırık sıvı" olarak adlandırılır - temel kompozisyon yaklaşık% 90 su,% 9 sent proppant (genellikle kum veya seramik boncuklar), ve% 0,5 kimyasal katkı maddeleri küçükken, potansiyel çevresel etkiler yüksek toksisite nedeniyle kesintiye uğrar ve bazı bileşiklerin devam etmesinden kaynaklanır.

Kimyasal katkı maddeleri birden çok işleve hizmet eder: sürtünmeyi azaltmak, ölçek formasyonunu azaltmak, bakterileri kontrol etmek, korozyonu önlemek ve bu katkı maddeleri arasında organik kirleticiler, biyokitler, korozyon inhibitörleri ve jelleştirici ajanlar da dahil olmak üzere yaygındır.

Aklır akışkanların organik kısmı iki gruba geniş ölçüde kategorize edilebilir: (1) kasıtlı olarak organik kimyasallar ekledi ve (2) doğal olarak formdan seferber edilen organik bileşikler ve her iki kategori de ayrı çevresel zorluklarla yüzeye çıkar.

Fracturing Akışkanlar'da Anahtar Organik Kirminantlar

Surfactants ve Emulsifiers

Surfactants sıvının yüzey gerilimini azaltır, birçok kişi ekerobik koşullarda devam edebilir ve mikroküremelere nüfuz edebilir.Genel organik sörfçüler, bu sörfçülerin bile, alkol ethoxylates ve alkyl sulfateslerini bozabilir.

Biocides

Biyokitler, formasyonu tehdit etmek, hidrojen sulfid üretmek ve örneğin glutardehit, tetrakis(hidrojen metil)phosphonium sulfate (THPS) ve dodecyl-dimetil-ammonium klorürü yaygın olarak kullanılmaktadır. Glutardehit, bilinen bir deri ve solunum sinir bozucu ve su hayatına son derece toksiktir.

Korozyon Inhibitors

Korozyon inhibitörleri metal boruları ve asit sıvılarından iyi bileşenleri korur. Organik korozyon inhibitörleri genellikle amine sahiptir, imidazolines ve amides. Bu bileşiklerin çoğu dudakofil ve biyoakcumulate organizmaların yağ dokusunda, çevresel kaderin zamanla sınırlı izleme verileri nedeniyle iyi anlaşılamaz.

Frictions Functions

Friction, genellikle yüksek moleküler ağırlık poliacrylamidleri, daha düşük basınçlarda pompalanmalarına izin verir. Polyacrilamidler genellikle düşük toksisite olarak kabul edilir, ancak rerilamid gibi geleneksel monomerler nöronoksi ve karsinojenikdir. Improper kullanımı veya bozulma çevreye uzlaşabilir.

Gelling Agents and Crosslinkers

Doğal organik jel edici ajanlar, guar diş ve hücreli türevler genellikle sentetik polimerlerle birlikte kullanılırlar, ancak borate veya metal iyonlar gibi çapraz bağlantılar kalıcılığı artırabilir. Bu organik polimerlerin bozulma ürünleri su vücutlarında kimyasal oksijen taleplerine katkıda bulunabilir.

Doğal olarak Organik bileşikleri (NOOCs)

Fracturing sürecinde, subsurface su "kanı" veya "profeksiyon suyu" olarak yüzeye geri döner. Bu su, Hidrokarbonlar da dahil olmak üzere, (benzene, toluene, etüt ve xylenes – BTEX), poli Çevrimi aromatik hidrokarbonlar (PAHs) ve organik asitler ile BTEX bileşikleri doğal olarak bilinen karsinojenler içerir ve su kirliliğine eğilimlidir.

Çevre Riskleri: Yollar ve Etkileri

Su Contamination

Su kirliliği, ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) tarafından da dahil olmak üzere organik kirleticilerden en yaygın şekilde kamulaştırılan riskdir: Kimyasal taşıma veya karıştırma sırasında yüzey kirliliği, iyi vücut başarısızlıklarından kaynaklanan sızıntılar, karne gibi bileşiklerle geçiş ve uygunsuz deşarjlar, ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) dahil olmak üzere, Marcellus Shale ve Barnett Shale gibi bölgelerde özel içme suyu kuyularının kirlenmesini belgeledi.

Bir kez, organik kirleticiler on yıllar boyunca derin, anestezik olmayan bileşiklerin sınırlı olması nedeniyle devam edebilir, anaerobik aquifers. Bu bileşiklerin varlığı insan tüketimi için su aranabilir, pahalı tedavi veya iyilerin terk edilmesi gerektirir.

Ayrıca, organik kirleticilerin ⁇ 'deki diğer kimyasallarla etkileşimi, ebeveyn bileşiklerinden daha toksik olan dönüşüm ürünleri üretebilir. Örneğin, üretilen suyun kloruygunlaşması (kontrol bakteriler) trihalometanlar üretebilir - bilinen karsinojenler.

Soil Kirliliği

Yüzey dökülüyor ve sızıntıları toprak kirliliğinin önemli bir kaynağıdır. Topraklara dökülen sıvılar topraklara dökülebilirken, organik madde ve çamur parçacıklarına zarar verebilir, su kirliliğini öldürebilir ve bitki gelişimini azaltır.Merken Shale gibi alanlarda çalışmalar, iyi pedlere ve BTEX seviyelerini bulunabilir.

Toprak kirliliği ayrıca yeraltı suyu içine atarak ikincil riskler oluşturur veya yüzey sularına kadar çalıştırılır. Uzun zincirli hidrokarbonlar ve biyokitler gibi topraklara sıkı bir şekilde bağlı organik bileşikler, yıllardır vazo bölgesinde kalabilir.

Fırk bölgelerindeki çiftçiler ve kırsal topluluklar, bitki verimlerini ve hayvan sağlığını enfekte sitelerin yakınında azaltmış durumdalar, ancak causal bağlantıları birden fazla stres nedeniyle kurmak zor.

Hava Kalite Sorunları

Volatile organik bileşikler (VOCs) önemli bir endişedir çünkü solunum, pompalama ve akış aşamaları sırasında havayı kolayca tedavi etmek için bilinmektedir.

Doğrudan sağlık riskleri ek olarak, VOCs, hidro oksitlerle fotokimyasal tepkilerin ortaya çıkmasını sağlamak için zemin seviyesindeki ozon (smog) oluşumuna katkıda bulunur. Ozon maruziyeti, Denver-Julesburg Basin ve Kartal Ford Shalesburg'da yapılan çalışmalar, operasyonların yüksek ozon seviyelerinin düşmesine yol açıyor.

Diğer hava yoluyla organik kirleticiler, üretilen su depolama tanklarından salıverilen uçucu hidrokarbonlar ve ayrıca valflerden ve mühürlerden gelen kaçak emisyonlar içerir. İşçilerin ve yakınlardaki kişilerin kişisel maruz kalma izlemesi bazen VOC'lerin mesleki maruz kalma sınırlarının üzerinde seviyelerini ortaya çıkardı.

Ekosistem ve Yaban Hayatı Etkileri

Su, toprak ve organik kirleticilerden hava kirliliğinin diyetine yönelik ekosistem sonuçları elde edebilir. Aquatic organizmalar özellikle savunmasızdır, çünkü birçok organik bileşikler doğrudan düşük konsantrasyonlarda toksiktir ve üremeyi bozabilir, büyüme ve davranışları bozar. Örneğin, biocide glutardehit balıkların sulara yakın deşarj noktalarına yakın sularda bulunabilir.

Terrestrial vahşi yaşam, kirlenmiş su veya topraktan veya VOC'lerin inhalasyonundan maruz kalabilir. Üretilen su için sık sık su tıkanıklığı, karaciğer hasarı ve bağışıklık sistemi baskı dahil olmak üzere toksisite belirtileri göstermiştir.

Riskleri değerlendirmek: Yöntemler ve Meydanlar

Kimyasal Analiz ve İzleme

Risk değerlendirme, organik kirleticilerin fracturing sıvı ve çevresel medyadaki doğru tanımlama ve ölçümlere dayanıyor. Bununla birlikte, kullanılan gaz kromatografisi gibi modern analitik teknikler - 1.200'ün tamamı tespit edildi - ve sıvı kromatografi-tandem kütle spektrometresi (LC-MS/MS) tarafından yapılan tüm açıklama eksikliği tespit edilebilir.

Çevre izleme programları genellikle, yakınlardaki akışlardan gelen yüzey suyu, suları döküntülerden ve çevre havalarını iyi pedlere yakın bir şekilde kapsar. Örneklemenin frekansı ve yeri, dökülen olayları çekme veya akış operasyonları gibi yakalamayı dikkatle tasarlanmalıdır.

Toksikolojik ve Ekooksik Değerlendirmeler

Organik kirleticilerin potansiyel sağlık etkilerini anlamak toksikolojik çalışmalar gerektirir. Birçok bileşik için fractal sıvılarda kullanılır, toksisite verileri özellikle kronik, düşük doz maruziyeti için, karojenik ve üreme toksisitesi gibi uç noktaları değerlendirmek için kullanılır.

Ekooksik değerlendirmeler, yerel ekosistemin tür temsilcisine odaklanır, örneğin yağ bazlı minnows, Daphnia magna ve toprak bakterileri. Bu testler ekosistem sağlığını korumak için aşılması gereken eşk konsantrasyonlar oluşturmaya yardımcı olur.

Kader ve Ulaşım Modeling

Matematiksel modeller, organik kirleticilerin serbest bırakılmasından sonra çevre yoluyla nasıl hareket ettiğini tahmin eder. Modeller, adsorpsiyon, ve bozulma süreçleri dikkate alır.In ⁇ , kirleticilerin hareketi hidrolik iletkenlik, porosity ve organik karbon içeriği aquifer.

Subsurface göçü için modeller özellikle kırık geometri ve bağlantı yolları hakkında belirsizlik nedeniyle zordur. Entegre Hidroloji modelleme ve reaktif taşıma modellerinde son gelişmeler tahminleri geliştiriyor, ancak veri sınırlamaları devam ediyor.

Risk Değerlendirmesinde Meydanlar

Büyük zorluklar, kimyasal maddelerin kamu açıklamasının eksikliğini içerir (örneğin ticaret sırları olarak korunur), sondaj başlamadan önce temel izleme verileri ve yüksek maliyetle kapsamlı örnekleme. Ayrıca, birçok organik kirleticiler hala biyoakcumulation veya katkı maddeleri nedeniyle risk teşkil edebilir. Düzenleme ajansları genellikle tek-kimyasal maruziyetleri gerçekçi karışımlardan ziyade risk değerlendirmelerine güvenmektedir.

Mitigation Strategies ve En İyi Uygulama

Greener Chemical ile alt kurum

Çevre risklerini azaltmak için en etkili yollardan biri, tehlikeli organik bileşikleri daha güvenli alternatiflerle değiştirmektir. ABD Çevre Koruma Ajansı'nın “Güvenli Seçim” programı ve kâr olmayan organizasyon Frac, daha az toksik alternatiflerin veritabanılarını sağlar. Örneğin, bazı operatörler şimdi petrol bazlı biyoküresel olmayanların yerine glutaminler ve bitki bazlı sörfçüler kullanmaktadır.

Well Integrity and Casing Standards

İyibores'tan sızıntıları önlemek kritiktir. Bu, Pennsylvania ve Colorado gibi eyaletlerde gelişmiş çimento teknikleri ve daha sık denetimler gerektirir. Organik kirleticilerin çevre kirliliğinden kurtulmasını engellemek için herhangi bir yol.Demir ve çimento bağ günlükleri kullanarak baskı testleri kullanarak test ve çimento bağlantı logları erken tespit edebilir.

Atıksu Yönetimi ve Tedavisi

Üretilen su ve akışlar dikkatli bir şekilde işleme gerektirir. Tedavi seçenekleri yeni fracturing işlemleri, derin iyi enjeksiyon veya endüstriyel atık su tesislerinde tedavi. Birçok organik kirleticiler aktif karbon adsorpsiyon, ters omosis, gelişmiş oxidasyon süreçleri (AOPs), ve biyolojik tedavi için daha az profi masası işlemleri için sınırlı tedavi için.

Spill önleme önlemleri – ikincil olarak depolanmış tanklar ve otomatik kapalı kapaklar gibi – akışkan işleme sırasında gerekli. Spill yanıt planları yerinde olmalı ve arazi kazıları dahil olmak üzere uygulamalı olarak uygulanmalıdır.

Çevresel İzleme ve Raporlama

İlerici şirketler, sondajtan önce temel su testlerini uygular, operasyonları sırasında ⁇ ve yüzey suyunun örnekleri ve posta izleme izlemesini sağlar. Bağımsız üçüncü taraf izleme, güvenilirliği ekler ve topluluk katılımına izin verir. Uzak algılama ve pasif örnekleyiciler sürekli veri sağlayabilir.

Kimyasal formülasyonlar, döküntü olayları ve izleme sonuçları topluluklar ve düzenleyicilerle güvenmektedir. Bazı eyaletler şimdi FracFocus gibi platformlarda kamuyu açıklığa kavuşturuyor, ancak zaman zaman zamanları ve tamlıkta gelişme için bir yer var.

Düzenleme Çerçeveleri: Kuralların Bir Patchwork of Ruless: A Patchwork of Rules

Amerika Birleşik Devletleri

ABD'de hidrolik fracturing öncelikle devlet seviyesinde, Temiz Su Yasası altında EPA'dan federal gözetimle, Güvenli İçme Suyu Yasası (küresel enjeksiyon kontrolü dahil), ve Temiz Hava Yasası 2005'ten muaf edilen rakking sıvıları belirli SDWA gerekliliklerinden muaftır (Halliburton Ring delilik) Bu, devletlere karşı düzenlemelere aykırı bir şekilde uygulanmasına yol açtı.

New York ve Maryland gibi bazı eyaletler, Kaliforniya ve Colorado gibi tamamen frakking yasaklamıştır, sıkı kimyasal açıklama, iyi inşaat ve izleme gereksinimleri uyguluyorlar. EPA ayrıca üretilen su deşarjı için düzenlemeler araştırıyor.

Avrupa Birliği ve Diğer Bölgeler

AB'de, hidrolik fract, Su Çerçeve Yönergesine ve Çevre Etkisi Değerlendirme Yönergesine tabidir. Bazı üye ülkeler (örneğin, Fransa, Bulgaristan) rakking'i yasaklamış, diğerleri (örneğin, Birleşik Krallık, Polonya) daha katı koşullar altında olmasına izin verir.

Kanada, Arjantin ve Çin gibi frakking faaliyetleri olan diğer ülkeler, genellikle ABD eyalet düzenlemeleri üzerinde modellenmiş, ancak yerel jeolojik ve sosyal bağlamlara adapte edilebilir. Uluslararası işbirliği ve en iyi uygulamalar hakkında paylaşılan veriler küresel risk yönetimi geliştirmek için yardımcı olabilir.

Vaka Çalışmaları: Gerçek Dünya Olaylarından Dersler

Pavilion, Wyoming, Groundwater Contamination

2009 yılında, Pavilion'da EPA soruşturmaları, organik kirleticilerin yüksek seviyelerini buldu - epine ve 2butoxy email dahil - kaynak atamalarının yakınında bulunan evcil su kuyuları.

Marcellus Shale: Yüzey Spills ve Cumulative Effects

Pennsylvania'nın Marcellus Shale bölgesinde, binlerce yüzey kirliliği meydana geldi, birçok rak sıvısı içeren ve üretilen su üretti. 2017 yılında, dökülenlerin% 20'sinin su kirliliği olaylarıyla sonuçlandı.

Inglewood Field, Kaliforniya: Lawsuits and Community Actions

2020 yılında, Kaliforniya'daki Inglewood Oil Field'tan yapılan bir davaya varıldı, en uzun süren kentsel petrol sahalarından biri olan Residents, rakking ve enjeksiyon faaliyetlerine ilişkin olarak, VOC'ler ve diğer organik bileşikleri serbest bıraktı.

Future: Research, Technology ve Policy

Yeşil Kimya ve Alternatif Akışlar

Gerçekten çevresel olarak iyileştirici sıvıların gelişimi kutsal bir grail olarak kalır.Mevcut araştırmalar, bazı uygulamalar için tamamen kimyasal sıvıların ihtiyaçlarını ortadan kaldırabilir ve bu teknikler hala erken deneysel aşamalarda elde edilen toksik biyokitler.

Gelişmiş İzleme ve Tahmin edici Araçlar

MÜC algılaması için drone tabanlı sensörler, otomatik su kalitesi oğullar organik bileşik algılama ile ve uydu tabanlı uzaktan algılama toprak kirliliğinin maliyetine uygun izleme vaadini sağlayabilir. Makine öğrenme algoritmaları yüksek riskli senaryoları ve örnekleme stratejileri tahmin etmek için büyük veri kümelerini analiz edebilir.

Yönetmelikleri ve Voluntary Standartları Güçlendirmek

Politika önerileri, API'nin önerilen uygulamaları 100-1 (iyileştirme yönetimi) ve 100-2 (environmental yönetim için zorunlu temel testler oluşturmak ve risk değerlendirme yöntemleri ve kimyasal testlerin daha iyi bir şekilde uyumlaştırılması, API'nin önerilen uygulamaları gibi genel standartların sağlanması gibi daha iyi bir şekilde uygulanmasına ihtiyaç duyar.

Halk Sağlığı ve Toplum Katılımı

Uzun süreli epidemiyolojik çalışmalar, sağlık verilerinin çevresel kirleticilere karşı düşük seviyeli maruz kalma etkilerini değerlendirmek için gereklidir. Bu çalışmalar araştırmacılar, endüstri ve topluluklar arasında işbirliği gerektirir. Veri toplama ve yorumlama yapan kişilerin yerel kararlarını rapor etmeleri ve bilgilendirmesi için gereklidir.

Sonuç: Sorumlu Kaynak Ekstraksiyonuna Doğru

Hidrolik fractal sıvılarda organik kirleticiler tarafından ortaya çıkan çevresel riskler önemlidir, ancak titiz bilim, sağlam düzenlemeler ve sürekli inovasyon ile yönetilebilir.Su, toprak, hava ve ekosistemler üzerindeki akut ve kronik etkiler için kanıt tabanı, son on yılda güçlendirildi, ancak önemli bilgi boşlukları -özellikle kimyasal karışımların toksisitesi, dönüşüm ürünlerinin kaderi ve yaygın kirliliğin uzun vadeli sonuçları.

Tek bir çözüm tüm riskleri ortadan kaldıramaz. Bunun yerine, çok yönlü bir yaklaşım gereklidir: Çevreyi ve kamu sağlığını korumak için tehlikeli kimyasal kimyasal kimyasal kimyasal kimyasalları teşvik etmek, kapsamlı izleme programları uygulamak ve açık ve uygulanabilir düzenlemeleri uygulamak. Endüstri, hükümet ve topluluklar, hidrolik fract'ın enerji faydalarını çevre ve halk sağlığını korumak için birlikte çalışmak zorundadır.

Sonuçta, organik kirleticilerin yönetilmesi ile ilgili yapılan kararlar, yıllar boyunca hidrolik fracturing mirası oluşturacaktır. Dikkatli risk değerlendirme ve proaktif mitigation ile, en kötü etkiler daha sürdürülebilir bir yola doğru hareket edebilir.

[FONT:0) Daha fazla okuma için, Vengosh et al. (2014) “A critical Review of the Risks to Water Resources from Unconventional Shale Gas Development andETHing in the United States” (Environmental Science & Technology) [Döneticileri ve Akustik Para Geliştirme ve Hidro Fracturinging in the United States) [Environmental Science & Teknolojisi) [Dönlendirmek için] [Dönetmeliksel Olmayanlar İçin Riskler Üzerine Bir İnceleme.