Энергетическая история Пенсильвании богата количеством добытого ископаемого топлива, но также изобилует экологическим наследием добычи угля и, в последнее время, гидроразрыва пласта. Вода, попадающая в заброшенные угольные шахты, разбросанные по всему Содружеству, вновь всплывает на поверхность в виде дренажа кислотных шахт (AMD), в то время как пресная вода, используемая для гидроразрыва или «фракционирования» месторождений нефти и природного газа, вновь появляется в виде «пластовой» воды, загрязненной солями, металлами и радиоактивными веществами. материал.
Очистка как AMD, так и подтоварной воды является дорогостоящим процессом, и федеральный закон запрещает сброс подтоварной воды на муниципальные водоочистные сооружения. Тем не менее, исследование Инженерной школы Суонсона Университета Питтсбурга, недавно опубликованное в журнале «Environmental Science & Technology», показало, что совместная обработка двух жидкостей может не только решить сразу две экологические проблемы, но и уменьшить воздействие на окружающую среду обоих устаревших отходов..
Лиэнн Гилбертсон, доцент кафедры гражданской и экологической инженерии, является главным исследователем исследования «Влияние на жизненный цикл и преимущества процесса совместной обработки пластовой воды и дренажа заброшенных шахт». Статья, написанная аспиранткой Янь Ван, включает соответствующие исследования ее коллеги по школе Swanson, Радисава Видича, профессора Уильяма Кеплера Уайтфорда и заведующего кафедрой гражданского и экологического проектирования, а также доцента Викаса Кханна..
Это исследование является случайным результатом трех разных исследователей, которые нашли общую тему для объединения сотрудничества. Группа Радисава разработала метод совместной обработки AMD и пластовой воды, и он является ведущим исследователем в области пластовой воды. лечение с помощью мембранной дистилляции, в то время как группа Викаса занимается анализом сложных систем», - говорит доктор.- пояснил Гилбертсон. «Мой опыт в области оценки жизненного цикла позволяет по-новому взглянуть на эти отрасли и найти способ количественной оценки воздействия на окружающую среду и здоровье человека альтернативных подходов к использованию этих двух сточных вод».
Доктор. Гилбертсон и ее группа сосредоточились на пяти округах юго-западной Пенсильвании, затронутых как AMD, так и гидроразрывом пласта: округах Аллегейни, Фейет, Грин, Вашингтон и Уэстморленд. Исследование было направлено на три критических, взаимных аспекта восстановления: совместная очистка попутной воды и АМД, транспортировка воды к рудникам и буровым площадкам и обратно, а также предотвращение сброса АМД в окружающую среду. Анализ жизненного цикла доктора Гилбертсона показал, что совместная обработка AMD и пластовой воды выгодна, поскольку, хотя химический состав каждого флюида варьируется от объекта к объекту, два побочных продукта содержат противоположное количество бария и сульфатов, которые при объединении могут быть удалены путем осаждения.. Полученную жидкость можно затем использовать для замены пресной воды в будущих операциях гидроразрыва пласта, а барит, полученный в результате этого процесса, можно использовать в буровых работах.
Доктор. Гилбертсон отметил, что этот результат важен, потому что он создает ценность из двух значительных отходов и исключает воздействие AMD на окружающую среду. «В то время как совокупный объем добываемой воды в результате гидроразрыва пласта составляет 4 450 кубометров в день, в регионе ежедневно производится ошеломляющая цифра в 281 000 кубометров бесхозных драмов. Смягчение этих двух факторов с помощью совместной обработки приведет к сокращению использования пресной воды и стать чистой экологической выгодой."
Но даже при потенциальном положительном влиянии совместной обработки транспортировка флюидов между горнодобывающими и буровыми площадками может привести к значительному отрицательному компромиссу. Это будет баланс между предлагаемым и текущим обращением с пластовой водой, которую часто транспортируют на значительные расстояния для очистки или вывозят на утилизацию большими грузовиками, проезжающими несколько сотен тысяч миль в год..
Чтобы свести к минимуму эти значительные воздействия, включающие не только расход топлива, но и износ дорог и выхлопы грузовиков, Dr. Ханна и его аспирант Сакине Таваколи разработали модель для определения оптимальных мест для совместной обработки между AMD и газовыми скважинами в пяти округах. Хотя затраты, связанные с оптимизированной совместной очисткой, могут быть выше, чем при использовании пресной воды, польза для окружающей среды может быть значительной. Еще один потенциальный вариант, в настоящее время опробованный докторами. Vidic and Khanna - это мобильная мембранная дистилляционная система, которая будет работать на отработанном тепле, выделяемом во время бурения, для очистки пластовой воды на месте.
И хотя модель оптимизации была разработана с использованием горнодобывающих и газовых скважин в пяти округах, исследователи отмечают, что этот подход может быть применен к другим районам в Пенсильвании и по всей территории США с использованием аналогичных данных. Г-жа Ван добавила, что новизной этого исследования является то, что группа попыталась количественно оценить преимущества отказа от использования AMD в экосистемах и окружающей среде.
"Это "кредиты" системы, о которых вам не обязательно думать. Например, используя AMD в качестве жидкости для гидроразрыва пласта, мы значительно сокращаем количество пресной воды, которая будет потрачена впустую. Точно так же, оптимизируя транспортные маршруты и разрабатывая мобильные очистные сооружения, мы значительно снижаем воздействие дальнемагистральных перевозок на окружающую среду», - сказала г-жа Ван. «Самое главное, используя AMD в качестве ресурса, мы помогаем уменьшить из окружающей среды, что затем улучшает усилия по восстановлению. Короче говоря, каскадный эффект совместной обработки этих двух отходов может принести пользу Пенсильвании».