Determination of Anions in Fracking Flowback Water From the Marcellus Shale Using Automated Dilution and Ion Chromatography

Význam tématu

Hydraulické štěpení (fracking) generuje významné objemy odpadních vod obsahujících vysoké koncentrace anorganických iontů a organických kyselin. Jejich spolehlivá analýza je klíčová pro ochranu životního prostředí, optimalizaci provozu úpraven vody a plnění emisních norem.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem této studie bylo demonstrovat použití in-line měření vodivosti vzorku k automatickému ředění silně iontové frakční odpadní vody z Marcellus Shale před separací a kvantifikací aniontů a organických kyselin metodou iontové chromatografie (IC).

Použitá metodika

Vzorky frackingových odpadních vod (frakcí F1–F10) byly odpeletovány, filtrovány a automaticky předinjektčně ředěny na základě in-line měření vodivosti. Při překročení 1500 µS/cm systém Dionex AS-AP Autosampler v kombinaci s Chromeleon CDS prováděl 100× ředění. Intrumentace byla nastavena pro separaci aniontů na kolonce IonPac AG18/AS18 s eluentem KOH (23–39 mM) a potlačenou vodivostní detekcí.

Použitá instrumentace

• Dionex ICS-2100 Integrated RFIC System (10-port válce)
• Dionex AS-AP Autosampler se Sample Conductivity and pH Accessory
• Chromeleon CDS v6.8 DU11c / v7.1 SR1
• Dionex IonPac AG18/AS18 separační a AG18 ochranná kolonka
• Thermo Scientific Dionex EGC III KOH eluentní generátor
• Dionex ASRS 300 Anion Self-Regenerating Suppressor

Hlavní výsledky a diskuse

Automatizované předředění zajistilo konzistentní analýzu i u vzorků s vodivostí až >2000 µS/cm. Vzorky vykazovaly nejvyšší koncentrace chloridů (až ~94 000 mg/L po ředění), následované bromidy a stabilní koncentrací síranů (~13 mg/L). Organické kyseliny (acetát, formát) dominovaly v první frakci a poté výrazně klesly. Standardní křivka chloridu byla lineární od 1 do 2000 mg/L (r2 = 1,00; %RSD = 1,12), což potvrzuje kvantitativní spolehlivost metody. Studie obnovy acetátu (103–114 %) potvrdila, že vysoká koncentrace chloridů neovlivnila retenci a obnovení organických kyselin.

Přínosy a praktické využití metody

• Automatické ředění minimalizuje manuální zásahy a chyby.
• Snížení spotřeby eluentu a prodloužení životnosti kolonek.
• Rychlá a přesná analýza vzorků s vysokou iontovou silou vhodná pro provozy úpraven vody.
• Možnost implementace pro rutinní monitoring kvality frackingových vod.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další vývoj směřuje k plné integraci automatizovaného odběru vzorků a on-line sledování průběhu frackingu, rozšíření na simultánní analýzu kationtů, organických aniontů či kombinaci s hmotnostní spektrometrií pro širší spektrum analytů.

Závěr

Popsaná metoda umožňuje efektivní, automatizované předinjektážní ředění a analýzu silně iontových vzorků frackingových odpadních vod s vysokou přesností a reprodukovatelností. řešení přispívá ke zrychlení a zjednodušení rutinní kontroly QA/QC v analytických laboratořích.

Reference

1. American Water Works Association (AWWA). Water and Hydraulic Fracturing: A White Paper from the American Water Works Association, Denver, CO, 2013.
2. Bomgardner M. Cleaner Fracking. C&EN 2012, 90(142):13–16.
3. U.S. Environmental Protection Agency. Study of the Potential Impacts of Hydraulic Fracturing on Drinking Water Resources: Progress Report; EPA/601/R-12/011; Washington, DC, 2012.
4. Onishi N. Fracking Tests Ties Between California ‘Oil and Ag’ Interests. New York Times, June 2, 2013, A14.
5. Kiparsky M., Hein J.F. Regulation of Hydraulic Fracturing in California: A Wastewater and Water Quality Perspective. Wheeler Institute for Water Law and Policy, UC Berkeley School of Law, Berkeley, CA, 2013.
6. Frac Focus Chemical Disclosure Registry. What Chemicals are Used Page. fracfocus.org/chemical-use/what-chemicals-are-used (accessed Aug 22, 2013).
7. Thermo Fisher Scientific. Technical Note 138, Accurate and Precise Automated Dilution and In-line Conductivity Measurement Using the AS-AP Autosampler Prior to Analysis by Ion Chromatography, TN70764_E, Sunnyvale, CA, 2013.