本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點。
本週末，我與Avner Vengosh博士進行了交談，他是杜克大學的研究人員之一，他們發表了一項研究結果，研究賓夕法尼亞州“水力壓裂”作業產生的廢水質量。他們的研究“頁岩氣廢水處理對賓夕法尼亞州西部水質的影響”，於本月發表在《環境科學與技術》雜誌上。
這項研究在新聞和各種部落格上得到了廣泛報道，但有一些細節值得更多關注。彭博社的摘要
天然氣鑽探者帶到地表的天然輻射已在一條流入阿勒格尼河的賓夕法尼亞州小溪中被檢測到，突顯了水力壓裂繁榮帶來的廢水處理風險。根據今天發表在《環境科學與技術》雜誌上的這項研究，布萊克利克溪的沉積物中鐳的濃度是正常或背景水平的200倍。鐳以及溴化物等鹽類來自匹茲堡以東約45英里（72公里）的約瑟芬鹽水處理廠，該廠處理石油和天然氣鑽井廢水。
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閱讀論文後，我總結了三個主要收穫
研究團隊發現了來自馬塞勒斯頁岩氣作業的返排液和採出水的證據，這基於與馬塞勒斯頁岩相關的化學物質和同位素比率。 這些化學和同位素“指紋”使科學家能夠識別約瑟芬鹽水處理廠正常廢水中混有的馬塞勒斯石油和天然氣廢水。該團隊發現了氯化物和溴化物以及鍶、氧、鐳和氫同位素組成的升高水平。應該注意的是，鐳（一種放射性元素）天然存在於馬塞勒斯頁岩鹽水中，在技術上被稱為 NORM：天然放射性物質。
廢水處理廠有效地去除了 90% 的鋇和鐳，因此出水遠低於工業廢物排放限值。 廢水處理廠排出的水（出水）中僅含有 10% 的放射性物質殘留，這在允許的限值範圍內，但仍然構成問題（見下一點）。放射性物質的排放限值為 2.2 Bq/l - 遠高於該團隊發現的 226Ra（0.11 Bq/l-0.19 Bq/l）和 228Ra（0.04 Bq/l-0.13 Bq/l） - 請注意體積基準。同樣令人擔憂的是高鹽度出水，其中含有鋇和鍶等高濃度有毒金屬。
沉積物中鐳的積累量超過了美國法規，固體/汙泥沉澱物也是如此，需要特殊處置（不能傾倒在土壤上或標準的城市垃圾填埋場中）。 在處理過程中，會向水中新增化學物質以與化學物質結合，從而沉澱出來。然後將產生的固體/汙泥送去處置。杜克大學團隊指出，汙泥的放射性水平為 900 Bq/kg（請注意質量基準），需要特殊的廢物處理。至於沉積物，即使廢水中鐳的體積量在當前法規範圍內，但它不會保留在液相中，而是吸附在排放點附近的河流沉積物中。然後它會積累，並可能被底棲生物（以及最終的其他野生動物）食用或在淡水植物中積累。沉積物樣本記錄為 2,072 Bq/kg (228Ra) 和 8,732 Bq/kg (226Ra) - 高達處理廠上游測得的背景水平的 200 倍。
該論文建議採用先進的處理技術，以“防止在頁岩氣開發和水力壓裂區域將汙染物（鐳和溴）排放到環境中”。Vengosh 博士（透過電子郵件）詳細闡述了：
我們的資料顯示，鹵素（氯化物和溴化物根本沒有去除）和鐳被去除了，但沒有完全去除。去除鹵素將需要不同的處理技術，例如脫鹽。處理如此高鹽度和放射性複雜水的技術確實存在，問題是成本、實施和監測。
我問 Vengosh 博士，工業排放限值是否應該修訂以預見混合和沉澱。這是他的回答：
是的！在我們之前關於北卡羅來納州燃煤灰塘排放物影響的研究（Ruhl 等人，2012 年，見附件）中，我們表明砷附著在顆粒物上，並在湖底沉積物的還原條件下重新溶解。因此，儘管排放物中砷 [arsenic] 和鐳 [radium] 的含量相對較低，但它們在河流或湖泊沉積物中的積累可能會造成長期的環境危害。
我的後續問題是：“這是否是這種型別的河流特有的？或者換句話說，在不同的河流和流量條件下，累積的鐳量會更低並在法規範圍內嗎？”。他的回覆：
我不這麼認為，我們有來自池塘（尚未發表）的類似鐳積累結果。因此，鐳（以及有氧條件下的砷等其他有毒金屬）傾向於附著在任何懸浮物或沉積物上。河流流速可能會導致更大且可能更稀釋的鐳積累區域，但預計過程是相同的。
鐳積累的主要影響似乎侷限於處理廠下游不到 200 米的範圍內，並且沒有以顯著濃度向下遊傳播並進入其他流域。然而，大量與頁岩相關的水透過中央廢水處理設施輸送並排放到當地河流中。
這些結果表明，相對於監管和科學界，該行業的發展速度有多快，以及根據科學資料制定更嚴格法規的必要性。增加水的重複利用（或無水壓裂）將解決這個問題（之前的研究估計，馬塞勒斯頁岩地區目前重複利用了 70% 的返排液和採出液），修訂鹽度、有毒金屬和天然放射性物質的排放限值也是如此。