Отходы добычи нефтеносных песков, хранящиеся в хвостохранилищах, могут представлять опасность для естественной среды обитания и соседних сообществ при попадании в подземные воды и поверхностные экосистемы. До сих пор проблема нефтеносной промышленности заключалась в том, что надлежащий анализ токсичных отходов было трудно провести без сложных и длительных испытаний. И есть отставание. Например, только в Альберте насчитывается около 1,4 миллиарда кубометров жидких хвостов, объясняет Николас Пелеато, доцент кафедры гражданского строительства в кампусе Оканаган Университета Британской Колумбии (UBCO).
Его группа исследователей из Инженерной школы UBCO открыла новый, более быстрый и надежный метод анализа этих образцов. Это первый шаг, говорит доктор Пелеато, но результаты выглядят многообещающе.
«Существующие методы требуют использования дорогостоящего оборудования, и получение результатов может занять дни или недели», - добавляет он. «Необходим недорогой метод для более частого мониторинга этих вод в качестве способа защиты общественных и водных экосистем».
Вместе со студенткой магистратуры Марией Клаудией Ринкон Ремолиной исследователи использовали флуоресцентную спектроскопию для быстрого обнаружения ключевых токсинов в воде. Они также обработали результаты с помощью программы моделирования, которая точно предсказывает состав воды.
Композиция может использоваться в качестве эталона для дальнейшего тестирования других образцов, объясняет Ринкон. Исследователи используют сверточную нейронную сеть, которая обрабатывает данные в топологии, напоминающей сетку, например изображение. По ее словам, это похоже на тип моделирования, используемый для классификации трудно идентифицируемых отпечатков пальцев, распознавания лиц и даже беспилотных автомобилей.
«Моделирование учитывает изменчивость фона качества воды и может отделять трудно обнаруживаемые сигналы, в результате чего можно получить очень точные результаты», - говорит Ринкон.
Исследование изучало смесь токсичных органических соединений, включая нафтеновые кислоты, которые можно найти во многих источниках нефти. Используя высокоразмерную флуоресценцию, исследователи могут идентифицировать большинство типов органического вещества.
«Метод моделирования ищет ключевые материалы и составляет карту состава образца», - объясняет Пелеато. «Результаты первоначального анализа проб затем обрабатываются с помощью мощных моделей обработки изображений для точного определения комплексных результатов».
Хотя на сегодняшний день результаты обнадеживают, и Ринкон, и д-р Пелеато предупреждают, что метод нуждается в дальнейшей оценке в более широком масштабе, и на этом этапе может быть потенциал для включения скрининга дополнительных токсинов.
Пелеато объясняет, что этот потенциальный инструмент скрининга является первым шагом, но у него есть некоторые ограничения, поскольку не все токсины или нафтеновые кислоты могут быть обнаружены - только флуоресцентные. И эту технологию необходимо масштабировать для более глубокого тестирования в будущем.
Хотя он не заменит современные аналитические методы, которые являются более точными, д-р Пелеато говорит, что этот подход позволит производителям нефтеносных песков точно проверять и перерабатывать свои отходы. Это необходимый шаг, чтобы продолжать соответствовать стандартам и рекомендациям Совета министров окружающей среды Канады.
Исследование опубликовано в Journal of Hazardous Materials и финансируется Канадским советом по естественным наукам и инженерным исследованиям в рамках программы грантов Discovery.