A avaliação do ciclo de vida de um processo de co-tratamento de água produzida e drenagem de mina abandonada em escala piloto identifica o uso de eletricidade como a principal contribuição para os impactos ambientais e de saúde humana do processo. Uma extensão do limite do sistema para incluir o transporte demonstra seu impacto significativo e um modelo de otimização do sistema foi empregado para identificar como o transporte pode ser minimizado para uma região no sudoeste da Pensilvânia, fornecendo insights sobre a implementação futura desta abordagem de co-tratamento. Crédito:Leanne Gilbertson. Reproduzido com permissão de Ciência e Tecnologia Ambiental , 2018 American Chemical Society.
A história da energia da Pensilvânia é rica em quantidades de combustíveis fósseis que produziu, mas também está repleto de legados ambientais da mineração de carvão e, mais recentemente, hidrofratura. A água que chega às minas de carvão abandonadas espalhadas por toda a Comunidade ressurge como drenagem ácida de minas (AMD), enquanto a água doce usada para fraturar ou "fraturar" os depósitos de petróleo e gás natural ressurge como água "produzida" contaminada com sais, metais, e material radioativo.
Reparar a AMD e a água produzida é um processo caro e a lei federal proíbe o descarte de água produzida em estações de tratamento de água municipais. Contudo, pesquisa da University of Pittsburgh Swanson School of Engineering, publicado recentemente em Ciência e Tecnologia Ambiental , descobriram que o co-tratamento dos dois fluidos pode não apenas resolver dois problemas ambientais de uma vez, mas também reduzem o impacto ambiental de ambos os resíduos legados.
Leanne Gilbertson, professor assistente de engenharia civil e ambiental, é o principal investigador da pesquisa, "Impacto do ciclo de vida e vantagens e desvantagens de um processo de copratamento de água produzida e drenagem de mina abandonada" (DOI:10.1021 / acs.est.8b03773). O artigo, de autoria do estudante de graduação Yan Wang, incorpora pesquisas relacionadas por seus colegas da Swanson School, Radisav Vidic, o professor William Kepler Whiteford e chefe do departamento de engenharia civil e ambiental, e Professor Associado Vikas Khanna.
"Este estudo é o resultado fortuito de três pesquisadores diferentes que encontraram um tema comum para unir a colaboração. O grupo de Radisav desenvolveu o método para co-tratamento de DMRI e água produzida e ele é um pesquisador líder no campo de tratamento de água produzida por destilação por membrana, enquanto o grupo de Vikas se concentra na análise de sistemas complexos, "Dr. Gilbertson explicou." Minha experiência em avaliação do ciclo de vida traz uma nova perspectiva para essas indústrias e uma maneira de quantificar as compensações de impacto ambiental e à saúde humana de abordagens alternativas para a utilização dessas duas águas residuais. "
Mapa da Pensilvânia, incluindo os volumes relativos de geração de água produzida por condado com base nos dados de produção de 2014 (indicados pelo gradiente de cor, m3 / dia), bem como a localização e taxa de fluxo (m3 / dia) dos locais de AMD. Crédito:Leanne Gilbertson. Reproduzido com permissão de Ciência e Tecnologia Ambiental , 2018 American Chemical Society.
A Dra. Gilbertson e seu grupo se concentraram em uma região de cinco condados do sudoeste da Pensilvânia afetada por AMD e hidrofratura — Allegheny, Fayette, Greene, Washington, e condados de Westmoreland. A pesquisa teve como alvo três críticos, aspectos mútuos de remediação - co-tratamento de água produzida e DMRI, transporte de água de e para minas e locais de perfuração, e evitar a descarga de AMD para o meio ambiente. O LCA do Dr. Gilbertson descobriu que o co-tratamento da DMRI e a produção de água é benéfico porque, enquanto a composição química de cada fluido varia de local para local, os dois subprodutos compartilham quantidades opostas de bário e sulfatos que, quando combinados, pode ser removido por precipitação. O fluido resultante pode então ser usado para substituir a água doce em futuras operações de fraturamento hidráulico, enquanto a barita produzida por este processo pode ser usada em operações de perfuração.
O Dr. Gilbertson observou que este resultado é importante porque cria valor de nossos dois produtos residuais significativos e impede os impactos ambientais da AMD. "Embora o volume de água produzido combinado do fracking seja 4, 450 metros cúbicos por dia, há um número impressionante de 281, 000 metros cúbicos de AMD órfã produzidos diariamente na região. Mitigar os dois por meio de co-tratamento resultaria na redução do uso de água doce e se tornaria um benefício ambiental líquido. "
Mas mesmo com o potencial impacto positivo do co-tratamento, transportar os fluidos entre os locais de mineração e perfuração pode criar um significativo, compensação negativa. Será um equilíbrio entre a proposta e o manuseio atual da água produzida, que muitas vezes transportou distâncias significativas para tratamento, ou fora do estado para descarte em grandes caminhões que percorrem centenas de milhares de quilômetros por ano.
A distância total percorrida para cada cenário de otimização, incluindo um único local de co-tratamento até cinco locais de co-tratamento. As localizações ideais dos locais de co-tratamento são indicadas por triângulos amarelos e foram determinadas pelo agrupamento de todos os cinco condados (localização única) ou quatro, três, dois, e um condado, respectivamente, localizado no sudoeste da Pensilvânia. Para o caso de dois locais de co-tratamento, Allegheny, Washington, e os condados de Greene são combinados como uma região e Fayette e Westmoreland como a outra região, uma vez que esse agrupamento resulta na distância total mínima de transporte em comparação com outras combinações de duas regiões. Para o caso de três estações de co-tratamento, Os condados de Washington e Allegheny são combinados como uma região, Fayette e Greene são combinados como a segunda região, e o condado de Westmoreland representa a terceira região. Para o caso de quatro locais de co-tratamento, Washington e Allegheny são combinados como uma região, enquanto Westmoreland, Fayette, e os condados de Greene representam as três outras regiões. Crédito:Leanne Gilbertson. Reproduzido com permissão da Environmental Science &Technology, 2018 American Chemical Society.
Para minimizar esses impactos significativos, que incluem não apenas o uso de combustível, mas também o desgaste da estrada e o escapamento do caminhão, Dr. Khanna e seu Ph.D. aluna, Sakineh Tavakoli, desenvolveu um modelo para identificar os locais ideais para locais de co-tratamento entre a AMD e os poços de gás na região de cinco condados. Embora os custos associados ao co-tratamento otimizado possam ser maiores do que o uso de água doce, os benefícios ambientais podem ser significativos. Outra opção potencial atualmente sendo testada pelos drs. Vidic and Khanna é um sistema de destilação por membrana móvel que seria alimentado pelo calor residual gerado durante a perfuração para tratar a água produzida no local.
E embora o modelo de otimização tenha sido desenvolvido usando locais de poço de mineração e gás na região de cinco condados, os pesquisadores observam que esta abordagem pode ser aplicada a outras áreas da Pensilvânia, e em todos os EUA usando dados semelhantes. A Sra. Wang acrescentou que a novidade dessa pesquisa é que o grupo tentou quantificar os benefícios de não liberar o AMD nos ecossistemas e no meio ambiente.
"Estes são" créditos "para o sistema que você não necessariamente pensaria. Por exemplo, usando AMD como um fluido de fraturamento hidráulico, estamos reduzindo muito a quantidade de água doce que seria desperdiçada. De forma similar, otimizando rotas de transporte e desenvolvendo locais de tratamento móveis, estamos reduzindo significativamente o impacto ambiental do transporte rodoviário de longa distância, "Sra. Wang disse." Mais importante, usando AMD como recurso, estamos ajudando a mitigar um desperdício legado do meio ambiente, o que melhora os esforços de remediação. Resumidamente, o efeito em cascata do co-tratamento desses dois produtos residuais pode ser um benefício líquido para a Pensilvânia. "
