Rening och återanvändning av avloppsvatten från fracking och oljeutvinning

• 1. Vad är fracking?
• 2. Miljörisker i samband med utvinning genom fracking
• 3. Sammansättning av avloppsvatten som uppstår vid fracking
• 4. Rening av avloppsvatten från fracking
• 5. DAF-flotationsrening av avloppsvatten från fracking
• 6. Återanvändning av avloppsvatten som uppstår vid fracking
• 7. Sammanfattning

1. Vad är fracking?

Fracking, även kallat ”hydraulisk spräckning”, är en metod som används för utvinning av kolväten i sedimentära bergarter.

Berggrunden håller kvar metan i sina porer tack vare sin låga permeabilitet, vilket möjliggör bildandet av gas- och kolvätefyndigheter. För att utvinna dessa borras hundratals brunnar som kan täcka mycket stora områden.

Vidfracking sprutas en blandning av vatten, kemikalier och sand in i skifferformationerna i syfte att frigöra den olja och gas som sitter fast i berget. När blandningen återvänder till ytan för den med sig inte bara kolvätena, utan även det vatten som ursprungligen fanns i formationen och en betydande del av de kemikalier som använts i processen.

Det avloppsvatten som uppstår vid denna process lagras vanligtvis i tankar eller brunnar innan det renas och avleds, eller återanvänds för framtidafracking.

2. Miljörisker i samband med utvinning genom fracking

Fracking medför flera miljörisker:

• Risker vid borrning. Under borrningen för att anlägga brunnarna finns det risker för explosioner, gasläckor och läckage av svavelväte, och det kan till och med hända att ledningarna går sönder. Om detta skulle inträffa skulle de föroreningar som släpps ut i marken vara mycket giftiga. Bland dessa ämnen finns tungmetaller och till och med radioaktivaämnen.
• Förorening av grundvattenmagasin. Vid en borrning används cirka 200 000 m³ vatten, varefter kemikalier injiceras som kan utgöra upp till 2 % av det tillförda vattnet (4 000 ton). Dessa betydande föroreningsbelastningar måste renas innan vattnet återförs till naturen.
• Luftföroreningar. Vissa av de kemikalier som tillsätts i vattnet är flyktiga och släpps ut i atmosfären. Vid utvinning av kolväten finns det en risk för utsläpp av metan och kväveoxider till atmosfären.
• Risk för jordbävningar. Vissa studier har visat att fracking ökar risken för jordbävningar, särskilt om det utförs i närheten av geologiska förkastningar.                                          
• Miljö- och landskapspåverkan. Det utrymme som krävs för borrningen är mycket stort (ca 3^km²) och brunnarna är i drift i genomsnitt 5 till 7 år.

3. Sammansättning av avloppsvattnet som genereras vid fracking

I en rapport från 2016 från EPA (Environmental Protection Agency) identifierades över 1 600 kemikalier i avloppsvattnet från frackingborrningar, varav cirka 200 anses vara cancerframkallande eller giftiga för människors hälsa. I samma rapport varnades för att frackingvätskan skulle kunna orsaka läckage i de underjordiska brunnar som lagrar miljontals liter av detta avloppsvatten.

Sammansättningen av det avloppsvatten som uppstår vid utvinning av gas och olja genom fracking kan variera beroende på områdets geologi, de kemikalier som används i processen och kvaliteten på det vatten som används. De vanligaste föroreningarna är:

• Höga halter av salter och mineraler som kalcium, magnesium och natrium. Det innebär att det producerade vattnet kan ha höga halter av totalt upplösta ämnen (TDS).
• Kolväten som bensen, toluen, etylbensen och xylen (BTEX), vilka är giftiga och cancerframkallande och kan sippra ut i grund- eller ytvatten och förorena dricksvattenkällorna.
• Höga halter av tungmetaller som arsenik, kadmium, krom, bly och kvicksilver. Dessa metaller är giftiga och kan få allvarliga konsekvenser för människors hälsa, såsom nervskador, njurskador och cancer.
• De kan innehålla naturligt förekommande radioaktiva ämnen som radium, uran och torium, vilka frigörs från skifferformationerna underfrackingprocessen.

Som vi nämnde tidigare används olika kemikalier vidfracking, såsom tensider, biocider, korrosionshämmare och friktionsreducerande medel, som även kan finnas kvar i avloppsvattnet. Vissa av dessa kemikalier är giftiga och kan påverka hälsan om de intas eller inandas.

Varje steg i frackingprocessen bidrar med olika föroreningar till det slutliga avloppsvattnet.

Typer av reagenser	Användning	Exempel på uppgifter
Ytaktiva ämnen / fuktighetsbevarande ämnen	När vätskors ytspänning minskar ökar viskositeten	Isopropanol
salt	Genererar en saltlösningsbärande vätska	Kaliumklorid
Gelato (gelbildande medel)	Förbättrad transport av bärare	Guargummi, hydroximetylcellulosa
Antikalkmedel	Förebyggande av avlagring av svårlösliga fällningar, frostskyddsmedel	etylenglykol
pH-regulatorer	Bevarar effekten hos övriga beståndsdelar	Natriumkarbonat eller kaliumkarbonat
Chain Braker (Breaker)	Minskning av viskositeten hos gelhaltiga vätskor för att applicera stödmedlet	Ammoniumpersulfat
Nätbildare	Behåller vätskans viskositet även vid stigande temperaturer	Boratsalter
Kontroll av järnjoner	Förebyggande av utfällning av järnoxid	Citronsyra
Korrosionshämmare	Förhindra korrosion i rörledningarna	N,n-dimetylformamid
Biocid/Bakteriedödande medel	Förhindrar bakterietillväxt, förhindrar bildandet av ett dubbelskikt, förhindrar bildandet av vätesulfid genom sulfatreducerande bakterier	Glutaraldehyd
Syror	Rengöring av borr- och cementdelar; utfällning av syralösliga mineraler	Saltsyra
Friktionsreducerande medel (tillsatser)	Genom att minska friktionen i vätskan kan sprickvätskan pumpas med högre hastigheter och lägre tryck	Polyakrylamid, mineralolja
Antioxidant	Avlägsna syret för att skydda mot korrosion	Ammoniumbisulfat
Stödmedel	Håller öppna frakturer öppna så att gasen kan strömma ut	Kiseldioxid, kvartssand

Dessutom används högtemperaturstabilisatorer för att förhindra att gelén bryts ned i förtid, skum som underlättar transporten av stödämnen samt lösningsmedel som förbättrar tillsatsernas löslighet och minskar korrosionen i systemet. Man använder även lerstabilisatorer för att minimera svällning och förskjutning.

4. Rening av avloppsvatten från fracking

Avloppsvatten från fracking är svårt att hantera. Reningen sker i flera steg där olika tekniker används för att avlägsna föroreningarna och se till att vattnet uppfyller utsläppskraven.

En metod som har visat sig vara mycket effektiv för rening av frackingvatten är en kombination av elektrokoagulering, kemisk oxidation och UV-oxidation. Denna metod gör det möjligt att bryta ned föreningarna till former som sedan kan avlägsnas genom fysiska, kemiska och biologiska processer.

Här följer de olika stegen i de typiska reningsprocesserna för dessa avloppsvatten:

1. Kemisk neutralisering och koagulering.
2. Oljeseparator / Fällningsanläggning
3. Elektrokoagulation
4. Sekundär koagulering/flockning
5. Flotation med upplöst luft
6. Biologisk rening och klarning/flotation
7. Avancerad UV-oxidation
8. Flera filtreringsprocesser
9. Ultrafiltrering

Kombinationen av tekniker och reningsverkets utformning varierar beroende på faktorer som avloppsvattnets sammansättning och de lokala lagkraven.

Nedan beskrivs en standardprocess för rening av avloppsvatten från fracking:

• Siltning av avloppsvattnet för att avlägsna avfall och större fasta partiklar som kan skada hjälputrustningen. Under detta steg kan även en kemisk behandling genomföras för att justera pH-värdet eller avlägsna specifika föroreningar.
• Flotation med upplöst luft kan också användas i detta förbehandlingssteg eller som primärrening. DAF-systemen har till uppgift att avlägsna suspenderade fasta ämnen, oljor och fetter.
• Det finns andra metoder för fysisk separering av fasta ämnen och vätskor, bland vilka detsärskilt kan nämnas dekantering, centrifugering och filtrering.
• Valet av den mest lämpliga avancerade reningsmetoden beror på de mål som kunden har fastställt samt på de gällande bestämmelserna i det område där olje- och/eller gasutvinningen sker. Om man vill återanvända vattnet eller återvinna råvaror och biprodukter som finns i avloppsvattnet måste man använda tekniker som vakuumindunstning, kristallisation, omvänd osmos, membranfiltrering, absorption med aktivt kol eller jonbyte.
• Ytterligare processer, såsom desinfektion, används för att eliminera eventuella mikroorganismer som finns kvar i vattnet innan det släpps ut eller återanvänds. Denna process innebär användning av kemikalier eller andra metoder, såsom UV-strålning eller ozon.

5. Behandling med upplöst luftflotation (DAF) av avloppsvatten från fracking

DAF-system används för att avskilja suspenderade fasta ämnen, oljor, fetter och smörjmedel, samt vissa suspenderade metaller och kolväten.

Flotation med upplöst luft (DAF) är en process som går ut på att tillföra mikrobubblor av luft till avloppsvattnet, vilka fäster sig vid de suspenderade fasta partiklarna och får dem att flyta upp till ytan för att avlägsnas.

DAF-tekniken kombineras med en fysikalisk-kemisk process som består i att tillsätta ett koagulerings- och flockningsmedel till avloppsvattnet för att bilda större partiklar som lättare kan separeras från vattnet.

Flotation med upplöst luft (DAF) räcker dock inte för att avlägsna alla föroreningar som finns i avloppsvattnet frånfracking, varför andra tekniker krävs för att uppnå de gränsvärden som föreskrivs i lag.

Valet av efterbehandlingsprocesser beror på vilka specifika föroreningar som finns i avloppsvattnet och på de lagstadgade kraven för utsläpp eller återanvändning av det renade vattnet.

De vanligaste alternativen är biologisk rening följt av filtreringstekniker, såsom omvänd osmos, eller andra avancerade tekniker, däribland koncentrations- och indunstningsprocesser.

6. Återanvändning av avloppsvatten som genereras vid fracking

Återanvändningen av det avloppsvatten som uppstår vidfrackingmedför betydande fördelar, såsom:

• Minskad vattenförbrukning.
• Minskade kostnader i samband med transport av avloppsvatten till ett avfallshanteringsföretag.
• Mindre miljöpåverkan frånfrackingverksamheten.

Det är viktigt att säkerställa att det renade vattnet uppfyller de lagstadgade kraven för återanvändning och att det inte utgör någon risk för människors hälsa eller miljön.

Blockschema för rening av frackingavloppsvatten:

Avloppsvattnet frånfrackingkan återanvändas inom olika områden:

• Återanvända det renade vattnet som basvätska vid enefterföljande fracking-operation. Det återvunna vattnet renas vanligtvis genom processer som sedimentering, filtrering och desinfektion för att avlägsna kvarvarande föroreningar.
• Bevattning av grödor och växtlighet genom att vattnet tillförs direkt till marken eller används för sprinklerbevattning. Det är dock viktigt att se till att kraven på bevattningsvattnets kvalitet uppfylls och att vattnet inte innehåller föroreningar som kan skada grödorna eller marken.
• Det renade vattnet kan även användas för industriella ändamål, till exempel som kylvatten för kraftverk eller som processvatten i tillverkningsprocesser.
• I vissa fall kan det avloppsvatten som uppstår vidfrackingåteranvändas för att fylla på grundvattenmagasinen. För detta ändamål injiceras det renade vattnet i marken för att fylla på uttömda vattenkällor. Denna användning kräver dock noggrann kontroll för att säkerställa att det renade vattnet inte innehåller föroreningar som kan skada akviferen eller närliggande grundvattenkällor.

7. Slutsats

Det fortsatta beroendet av fossila bränslen för att tillgodose den globala energiefterfrågan medför utvinning av naturliga fyndigheter, där dessa kolväten endast kan utvinnas genom metoder som fracking.

Fracking är en process som har en betydande miljöpåverkan, både vad gäller vattenförbrukning och användningen av komplexa och aggressiva kemikalier som injiceras i berggrunden.

SIGMADAF tillhandahåller teknik för behandling och återvinning av avloppsvatten som uppstår vid fracking, i syfte att minska de skador som dessa utvinningsmetoder orsakar på miljön.

Litteraturförteckning och källor

• 2021RodriguezJemnifer.pdf (usta.edu.co) Anpassat efter Arnedo, A och Yunes, K, (2015, s. 8).
• ”Fracking” i mörkret: De biologiska konsekvenserna av skiffergasutvinning är fortfarande i stort sett okända (Frontiers in Ecology and the Environment) | Nya forskningsresultat från Princeton University