页岩气开发引起的环境污染

页岩气开发对空气和水存在潜在的污染。我们回顾了与页岩气开发有关的活动、排放物以及浓度等分散信息。对检测项目及质量标准的浓度进行了对比,作为环境风险的首要指标。由于数据的不可比及不充足性,导致了排放物不能准确评估。空气和水的浓度范围较广。低级的废水处理导致浓聚物的浓度达到最高,超出了自然背景值1000~10000倍。盐分、金属、挥发性有机物以及烃类物质浓度超出了水生生态毒理的水质标准。未来的研究必须以测量空气和水中的有毒化学物质为中心,对实验装置和测量技术进行普及,促进人类生态风险评估。

1 前言

由于缺乏潜在生态毒理的危险性和温室气体排放的相关信息,使得很多国家延迟了页岩气开发的相关活动。因此,目前关注的重点应该是探索页岩气开发对环境的潜在影响,以帮助政府在未来作出决策和确立研究需求的轻重缓急。

2 方法

本文阐述了页岩气开发所导致的环境污染途径。

3 结论

3.1 开采活动

3.1.1 开采活动和潜在风险

在确定潜在的生产区域之后,重要的是要描述参与到页岩气开发中的不同活动的特征及各自对环境的潜在影响。

图1  在页岩气开发过程中按时间顺序因操作及意外发生的化学物质的释放,可能的空气排放途径和可能的水排放途径

图2  页岩气开发过程中水力压裂过程的可视化

图3  页岩气开发中返排液/产出液的生产、处理及进一步过程的可视化

3.2 排放

在不同的页岩气开发区,甲烷浓度的测量值都有所升高。
页岩气生产区附近的空气样品中检测到包括30种化学干扰激素的高浓度的有毒物质。此外,在匹兹堡附近的马塞勒斯页岩区已经检测到挥发性有机物和氮氧化合物(NOx)以及高混合比的芳烃、烷烃、环烷烃和甲醇的排放。

4 有毒化学物质的浓度

4.1 空气中的浓度

在页岩气开发区附近进行测量,有毒化学物质的浓度有所增加。
此外,挥发性有机化合物和一氧化氮的排放会间接对大气中臭氧的形成造成影响。

4.2 水中的浓度

4.2.1 生产过程中的污染

在宾夕法尼亚的马塞勒斯页岩和尤蒂卡页岩上覆的含水层中测量到了高浓度的甲烷和硼。在页岩气活动区域的甲烷浓度要高于非活动区。此外,发现魁北克地区的含水层和马塞勒斯页岩地区的饮用水井中的甲烷浓度有所提高。

4.2.2 污水处理中污染物的检测

对产出废水的不恰当处理会导致有毒物质和总溶解固体的浓度升高。
然而,随着时间的推移和污染源距离的增加,化学物质浓度会下降。
大多数水的水质浓度超过了自然背景值,其中超过一半的水甚至超过了最低质量标准值。

5 讨论

5.1 环境污染

页岩气的开发可能会导致空气中挥发性有机化合物、氮氧化合物和温室气体浓度的升高。
除了大气浓度升高,同时也测量出水中的盐、金属、有机和无机化合物以及放射性物质的浓度也在升高。

5.2 开采活动与污染之间的关系

由于靠近生产区域的环境风险最高,安全防范措施应最大限度地接近密集的城市地区,当地的地下水地区,农业用地和自然区域。
同时还发现,靠近页岩气开发点的空气和水的污染物浓度都会升高,超过了安全健康标准。

5.3 不确定性、差异性及进一步的建议

正如前文所述,在化学物质浓度的精确测量及其对环境的影响方面仍然存在很多不确定因素。
这些研究采用不同的技术和实验装置,并在不同的地理位置对不同的页岩气开发活动进行测量。
基于这些差异性和不确定性,未来的研究需要关注以下几个方面:①有毒化学品在空气中和水中的排放量;②普及实验装置和测量技术,并进一步简化风险评估;③对排放的有毒化学物质对人类和生态造成的风险做进一步评价。

6 结论

页岩气开发对环境造成污染。大气中化学污染物的浓度超过自然水平。地下水和地表水中盐、金属、挥发性有机化合物和碳氢化合物的浓度超过了水生生态毒理标准10~100倍。然而,由于缺乏空气和水的实际数据,使生态风险评估不能有效的进行。因此,需要开展更多的研究对野外数据的缺乏予以解释。预计不恰当的废水处理的环境影响最具潜力。因此,进一步的研究应该针对作为化学物浓度缓解措施的废水处理有效性。

资料来源:M.P.J.A. Annevelink, J.A.J.Meesters, A.J.Hendriks. Environmental contamination due to shale gas development. Science of the Total Environment, 2016, 2: 431-438.

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