本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点。
本周末，我与Avner Vengosh博士进行了交谈，他是杜克大学的研究人员之一，他们发表了一项研究结果，研究宾夕法尼亚州“水力压裂”作业产生的废水质量。他们的研究“页岩气废水处理对宾夕法尼亚州西部水质的影响”，于本月发表在《环境科学与技术》杂志上。
这项研究在新闻和各种博客上得到了广泛报道，但有一些细节值得更多关注。彭博社的摘要
天然气钻探者带到地表的天然辐射已在一条流入阿勒格尼河的宾夕法尼亚州小溪中被检测到，突显了水力压裂繁荣带来的废水处理风险。根据今天发表在《环境科学与技术》杂志上的这项研究，布莱克利克溪的沉积物中镭的浓度是正常或背景水平的200倍。镭以及溴化物等盐类来自匹兹堡以东约45英里（72公里）的约瑟芬盐水处理厂，该厂处理石油和天然气钻井废水。
关于支持科学新闻事业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过 订阅来支持我们屡获殊荣的新闻报道。通过购买订阅，您正在帮助确保关于塑造我们今天世界的发现和想法的有深度报道的未来。
阅读论文后，我总结了三个主要收获
研究团队发现了来自马塞勒斯页岩气作业的返排液和采出水的证据，这基于与马塞勒斯页岩相关的化学物质和同位素比率。 这些化学和同位素“指纹”使科学家能够识别约瑟芬盐水处理厂正常废水中混有的马塞勒斯石油和天然气废水。该团队发现了氯化物和溴化物以及锶、氧、镭和氢同位素组成的升高水平。应该注意的是，镭（一种放射性元素）天然存在于马塞勒斯页岩盐水中，在技术上被称为 NORM：天然放射性物质。
废水处理厂有效地去除了 90% 的钡和镭，因此出水远低于工业废物排放限值。 废水处理厂排出的水（出水）中仅含有 10% 的放射性物质残留，这在允许的限值范围内，但仍然构成问题（见下一点）。放射性物质的排放限值为 2.2 Bq/l - 远高于该团队发现的 226Ra（0.11 Bq/l-0.19 Bq/l）和 228Ra（0.04 Bq/l-0.13 Bq/l） - 请注意体积基准。同样令人担忧的是高盐度出水，其中含有钡和锶等高浓度有毒金属。
沉积物中镭的积累量超过了美国法规，固体/污泥沉淀物也是如此，需要特殊处置（不能倾倒在土壤上或标准的城市垃圾填埋场中）。 在处理过程中，会向水中添加化学物质以与化学物质结合，从而沉淀出来。然后将产生的固体/污泥送去处置。杜克大学团队指出，污泥的放射性水平为 900 Bq/kg（请注意质量基准），需要特殊的废物处理。至于沉积物，即使废水中镭的体积量在当前法规范围内，但它不会保留在液相中，而是吸附在排放点附近的河流沉积物中。然后它会积累，并可能被底栖生物（以及最终的其他野生动物）食用或在淡水植物中积累。沉积物样本记录为 2,072 Bq/kg (228Ra) 和 8,732 Bq/kg (226Ra) - 高达处理厂上游测得的背景水平的 200 倍。
该论文建议采用先进的处理技术，以“防止在页岩气开发和水力压裂区域将污染物（镭和溴）排放到环境中”。Vengosh 博士（通过电子邮件）详细阐述了：
我们的数据显示，卤素（氯化物和溴化物根本没有去除）和镭被去除了，但没有完全去除。去除卤素将需要不同的处理技术，例如脱盐。处理如此高盐度和放射性复杂水的技术确实存在，问题是成本、实施和监测。
我问 Vengosh 博士，工业排放限值是否应该修订以预见混合和沉淀。这是他的回答：
是的！在我们之前关于北卡罗来纳州燃煤灰塘排放物影响的研究（Ruhl 等人，2012 年，见附件）中，我们表明砷附着在颗粒物上，并在湖底沉积物的还原条件下重新溶解。因此，尽管排放物中砷 [arsenic] 和镭 [radium] 的含量相对较低，但它们在河流或湖泊沉积物中的积累可能会造成长期的环境危害。
我的后续问题是：“这是否是这种类型的河流特有的？或者换句话说，在不同的河流和流量条件下，累积的镭量会更低并在法规范围内吗？”。他的回复：
我不这么认为，我们有来自池塘（尚未发表）的类似镭积累结果。因此，镭（以及有氧条件下的砷等其他有毒金属）倾向于附着在任何悬浮物或沉积物上。河流流速可能会导致更大且可能更稀释的镭积累区域，但预计过程是相同的。
镭积累的主要影响似乎局限于处理厂下游不到 200 米的范围内，并且没有以显着浓度向下游传播并进入其他流域。然而，大量与页岩相关的水通过中央废水处理设施输送并排放到当地河流中。
这些结果表明，相对于监管和科学界，该行业的发展速度有多快，以及根据科学数据制定更严格法规的必要性。增加水的重复利用（或无水压裂）将解决这个问题（之前的研究估计，马塞勒斯页岩地区目前重复利用了 70% 的返排液和采出液），修订盐度、有毒金属和天然放射性物质的排放限值也是如此。