The Importance of Anion and Organic Acid Determinations in Fracking Wastewater by Ion Chromatography

Význam tématu

Monitoring aniontů a organických kyselin ve vodách z hydraulického štěpení je klíčový pro ochranu podzemních i povrchových vod, prevenci vzniku toxických produktů dezinfekce a optimalizaci frakčních kapalin během těžby ropy a zemního plynu.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo ukázat využitelnost iontové chromatografie pro kvantifikaci aniontů (chlorid, bromid, sulfát) a organických kyselin (formiát, acetát, dlouhé řetězce) ve vzorcích frakčních vod. Studie popisuje separační podmínky na kolónách IonPac AG18/AS18 a ICE-AS6 a ilustruje schopnost metody aplikace před a po frakciaci.

Použitá metodika a instrumentace

Analýzy provedeny na systémech Thermo Scientific Dionex ICS (5000+, 2100, 1600, 1100). Separace aniontů probíhala na kolóně IonPac AG18/AS18 s eluentem 39 mM KOH a potlačenou vodivostní detekcí pomocí suppressoru ASRS 300. Pro vysoké koncentrace chloridu a dlouhé organické kyseliny byla použita kolóna ICE-AS6 s eluentem 1,0 mM heptafluorbutyrové kyseliny a suppressorem AMMS ICE MicroMembrane.

• Kolóna IonPac AG18/AS18 (4×250 mm)
• Kolóna ICE-AS6
• Eluenty: 39 mM KOH, 1,0 mM heptafluorbutyrová kyselina
• Systémy potlačené vodivosti: ASRS 300, AMMS ICE MicroMembrane
• Detekce: potlačená vodivostní detekce

Hlavní výsledky a diskuse

Separace ukázala extrémně vysoké hodnoty chloridu (94 000 mg/L), bromidu (890 mg/L) a sulfátu (12 mg/L) ve vzorcích frakčních vod. Organické kyseliny formiát a acetát byly detekovány při 150 mg/L a 310 mg/L. Iontové vylučování umožnilo separovat dlouhořetězcové kyseliny (tartarát, citrát, jablečnan, glykolát, mléčnan, sukcinát) i v přítomnosti vysoké koncentrace soli. Výsledky zdůrazňují vliv těchto sloučenin na viskozitu frakční kapaliny, korozní vlastnosti a riziko vzniku biogenního vodíku sulfidu.

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoká citlivost a selektivita pro anionty a organické kyseliny ve složitých matricích
• Rychlá a reprodukovatelná analýza vhodná pro před a po frakciaci
• Podpora environmentálního monitoringu a souladu s regulačními požadavky
• Optimalizace chemického složení a úprava frakčních kapalin z pohledu výkonu a bezpečnosti

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozvoj on-line a in situ systémů IC, propojení s hmotnostní spektrometrií pro identifikaci stopových organických kyselin, miniaturizace zařízení a mnohorozměrná chromatografie pro komplexní profilování analytů v reálném čase.

Závěr

Iontová chromatografie představuje spolehlivou a efektivní metodu pro komplexní analýzu aniontů a organických kyselin ve vodách z hydraulického štěpení. Poskytuje klíčová data pro ochranu vodních zdrojů, prevenci nežádoucích vedlejších produktů úpravy vody a optimalizaci samotného procesu štěpení.

Reference

• Thermo Fisher Scientific. EPA 300.1 Determination of inorganic anions in drinking water by ion chromatography. U.S. EPA Method.
• Jack R. Anions and Metals Analysis in Hydraulic Fracturing Waters from Marcellus Shale Drilling Operations. Chemical & Engineering News Webinar, 2012.
• Thermo Fisher Scientific. Dual configurations for 2D-IC solutions. Application note.
• U.S. EPA. Method 300.1, 2007: Study of the Potential Impacts of Hydraulic Fracturing on Drinking Water Resources.
• U.S. EPA. Study of the Potential Impacts of Hydraulic Fracturing on Drinking Water Resources, Section 5.3.1.
• Thermo Fisher Scientific. Application Brief AB133: IC-Anions-Cations-Drinking-Water.
• Nelson S., Yonge D., Barber M. J. Environ. Eng., 2009, 135(7), 505–510.
• Novotny E., Stefan H. Water Air Soil Pollut., 2010, 211(1–4), 261–271.