Zastosowanie metod wskaźnikowych do oceny jakości gleby na terenach poszukiwania i eksploatacji gazu z niekonwencjonalnych złóż węglowodorów

• Autorzy: Kukulska-Zając E. , Holewa-Rataj J. , Król A.

Warianty tytułu

EN

Application of Methods Indicator to Evaluation of Soil Quality in the Areas of Exploration and Exploitation of Gas from Unconventional Gas Deposits

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono możliwość wykorzystania szybkich polowych metod wskaźnikowych do wstępnej oceny jakości gleby na terenach prowadzenia prac poszukiwawczych i eksploatacyjnych węglowodorów pochodzących ze złóż niekonwencjonalnych, w tym węglowodorów ze złóż typu shale gas. Jako metody wskaźnikowe służące do wstępnej oceny jakości gleby przetestowane zostały takie metody jak pomiar pH, przewodność elektryczna właściwa, pomiar zawartości jonów chlorkowych metodą Mohra oraz pomiar zawartości węglowodorów metodą spektrofotometryczną. Metody te zostały dobrane w taki sposób, aby stanowiły dobry wskaźnik typowych zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych gleby, które mogą wynikać z prowadzenia prac poszukiwawczych i eksploatacyjnych niekonwencjonalnych złóż węglowodorów. Metody te, mimo iż znane od dawna i w znacznej mierze znormalizowane zostały poddane procesowi optymalizacji w stosunku do metod pierwotnych. Proces optymalizacji miał przyczynić się do zwiększenia możliwości zastosowania poszczególnych metod w warunkach terenowych oraz skrócenia czasu ich realizacji. Z tego względu wśród optymalizowanych parametrów znalazły się takie parametry jak sposób i czas ekstrakcji analitów oraz konieczność suszenia próbki. Po zakończeniu procesu optymalizacji, każda z metod wskaźnikowych została poddana procesowi walidacji w zakresie niezbędnym do przeprowadzenia oceny czy proponowana metoda może zostać wdrożona do prowadzenia badań w warunkach terenowych. Walidacji poddano takie parametry jak poprawność, zakres pomiarowy, precyzja, selektywność oraz elastyczność metody, a w przypadku metody wskaźnikowego oznaczania zawartości węglowodorów metodą spektrofotometryczną również liniowość metody. Otrzymanie zadawalających rezultatów walidacji poszczególnych metod wskaźnikowych pozwoliło na uzyskanie pewności, że wybrane metody mogą być stosowane do wstępnej oceny jakości gleby na terenach prowadzenia prac poszukiwawczych i eksploatacyjnych węglowodorów pochodzących ze złóż niekonwencjonalnych. Pełne wdrożenie do stosowania w warunkach terenowych metod wskaźnikowych wymagało, oprócz przeprowadzenia procesów optymalizacji i walidacji, wytypowania wartości granicznych, których przekroczenie wskazywać będzie na występowanie na danym obszarze zanieczyszczenia środowiska. Wartości graniczne dla każdej z czterech przetestowanych metod wskaźnikowych określono na podstawie informacji uzyskanych w procesie walidacji, danych literaturowych dotyczących zmienności poszczególnych parametrów gleby, dopuszczalnych zawartości poszczególnych substancji określonych prawem oraz maksymalnych zawartości, które nie powodują negatywnego wpływu na funkcjonowanie ekosystemu. Przekroczenie określonych wartości granicznych nie tylko wskazuje na możliwość występowania zanieczyszczenia gleby na danym terenie, ale stanowi również wskazówkę, że badania jakości gleby prowadzone na danym terenie powinny zostać uzupełnione o szczegółowe badania laboratoryjne. W związku z tym dla każdej z czterech metod wskaźnikowych wytypowano uzupełniające badania laboratoryjne, które powinny zostać wykonane po przekroczeniu ustalonych wartości granicznych dla poszczególnych metod wskaźnikowych. Badania laboratoryjne mają na celu potwierdzenie występowania zanieczyszczenia oraz dokładne określenie jego charakteru. Opracowane metody wskaźnikowe wraz ze zdefiniowanymi wartościami granicznymi oraz zakresem uzupełniających badań laboratoryjnych stanowią wystarczające narzędzie do szybkiej oceny stanu środowiska glebowego na terenach prowadzenia prac poszukiwawczych i eksploatacyjnych węglowodorów pochodzących ze złóż niekonwencjonalnych.

EN

The paper presents the possibility of using quick field indexing methods for initial soil quality assessment in the areas of exploration and exploitation of hydrocarbon origin from unconventional fields, including hydrocarbon from shale gas fields. As methods for the initial assessment of soil quality, methods such as pH measurement, conductivity, chloride ion measurement by Mohr method and measurement of hydrocarbon content by spectrophotometry were tested. These methods was selected to provide a good indicator of typical organic and inorganic soil contamination that may result from exploration and exploitation of unconventional hydrocarbon deposits. These methods, although known for a long time and to a large extent, were subjected to an optimization process with respect to primary methods. The optimization process was supposed to help increase the applicability of particular methods in field conditions and to shorten the time needed to implement them. For this reason, parameters such as the method and time of extraction of analytes and the necessity of drying the sample were included among the optimized parameters. At the end of the optimization process, each indicator method was subjected to a validation process to the extent necessary to evaluate whether the proposed method could be implemented in field trials. Validation parameters such as correctness, measuring range, precision, selectivity and elasticity of the method were validated and the linearity of the method was used in the case of the hydrocarbon indicator for the determination of hydrocarbon content by spectrophotometric method. Obtaining satisfactory results of validation of individual indicator methods made it possible to assure that the selected methods can be used for preliminary assessment of soil quality in exploration and exploitation areas of unconventional hydrocarbons. Full implementation for field application of indicator methods required, in addition to the optimization and validation processes, the designation of limit values which would indicate the presence of environmental polution in the area. The limit values for each of the four tested indicator methods are based on the information obtained from the validation process, the literature data on the variability of the individual soil parameters, the permitted content of the individual substances and the maximum content that does not adversely affect the functioning of the ecosystem. Exceeding certain limits not only indicate the potential for soil contamination in a given area, but also serve as an indication that soil quality tests conducted in a given area should be supplemented by detailed laboratory tests. Consequently, for each of the four indicator methods, supplementary laboratory tests were selected which should be performed after exceeding the established limit values for the different indicator methods. Laboratory tests are designed to confirm the presence of contamination and to accurately determine its nature. The developed indicator methods along with defined limit values and the scope of complementary laboratory tests provide a sufficient tool for rapid assessment of the state of the soil environment in the exploration and exploitation areas of unconventional hydrocarbons.

Słowa kluczowe

PL

metoda wskaźnikowa; jakość gleby; niekonwencjonalne złoża węglowodorów

EN

indicators method; soil quality; unconventional hydrocarbons deposits

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2018
• Tom: Tom 20, cz. 2
• Strony: 1656--1675
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Kukulska-Zając E.

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy, Kraków

autor

Holewa-Rataj J.

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy, Kraków

autor

Król A.

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy, Kraków

Bibliografia

• 1. Arshad, M.A., Martin, S. (2002). Identifying critical limits for soil quality indicators in agro-ecosystems, Agriculture. Ecosystems and Environment, 88, 153-160.
• 2. Bodnar, M., Dubalska, K., Rutkowska, M., Konieczka, P., Namieśnik, J. (2013). Certyfikowane materiały odniesienia - niezbędne narzędzie w kontroli i zapewnieniu jakości wyników pomiarów. Analityka: nauka i praktyka, 3, 33-39.
• 3. Burnus, Z. (2013). Problematyka walidacji metod badań w przemyśle naftowym na przykładzie benzyn silnikowych. Nafta-Gaz, 2, 143-152.
• 4. Doran, J.W., Parkin, T.B. (1994). Defining and assessing soil quality. In: Defining Soil Quality for a Sustainable Environment. Soil Sci. Soc. Am. Special Publication, 35, 3-21.
• 5. Gajec, M., Holewa-Rata,j J., Wiśniecka, M.(2016). Zastosowanie techniki spektroskopii w podczerwieni (FT-IR) do oceny stanu zanieczyszczenia gleb węglowodorami. Nafta-Gaz, 9, 729-735.
• 6. Giacometti, C., Scott, Demyan, M., Cavani, L., Marzadori, C., Ciavatta, C., Kandeler, E. (2013). Chemical and microbiological soil quality indicators and their potential to differentiate fertilization regimes in temperate agroecosystems. Applied Soil Ecology, 64, 32-48.
• 7. Granops, M., Firlit, Z., Michel, M. M., Granops, J. (2013). Oczyszczanie ścieków (płynu zwrotnego) powstających po szczelinowaniu hydraulicznym. Przemysł Chemiczny, 92(5), 675-678.
• 8. Hołubowicz-Kliza, G. (2006). Wapnowanie gleby w Polsce. Instrukcja upowszechnieniowa Nr 128. Puławy. Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy.
• 9. Jakubiak, M. (2010). Zastosowanie symulacji laserowej wybranych gatunków roślin w celu zwiększenia ich przydatności dla rekultywacji terenów zasolonych. Rozprawa doktorska. Kraków. Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska Akademii Górniczo - Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie.
• 10. Jurandy, Bran, Nogueira, Cardoso, E., Figueiredo, Vasconcellos, R. L., Bini, D., Yumi, Horta, Miyauchi, M., Alcantara, dos Santos, C., Lopes, Alves, P. R., Monteiro, de Paula, A., Shigueyoshi, Nakatani, A., de Moraes, Pereira, J., Nogueira, M. A. (2013). Soil health: looking for suitable indicators. What should be considered to assess the effects of use and management on soil health? Review, Sci. Agric., 4, 274-289.
• 11. Karakulski, K., Gryta, M., Morawski, A., Mozia, S. (2012). Oczyszczanie wód z procesu wydobycia gazu zwanego łupkowym. Przemysł Chemiczny, 91/10, 2011-2015.
• 12. Kelly, B., Allan, C., Wilson, B.P. (2009). Soil indicators and their use by farmers in the Billabong Catchment. southern New South Wales. Australian Journal of Soil Research, 47, 234-242.
• 13. Konieczka, P. (2003). Walidacja metodyk analitycznych. Chemia i Inżynieria Ekologiczna, Vol 10, 1071-1100.
• 14. Konieczka, P. (2007). Jakość wyników pomiarów analitycznych problemy i wyzwania. Zeszyty Naukowe Politechniki Gdańskiej. Chemia, 56, 3-67.
• 15. Konieczka, P., Namieśnika, J. (2007). Ocena i kontrola jakości wyników pomiarów analitycznych. Warszawa. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne.
• 16. Kowalik-Klimczak, A., Szwast, M., Gierycz P. (2016). Procesy membranowe w zagospodarowaniu płynu powrotnego ze szczelinowania hydraulicznego złóż gazu z łupków. Przemysł Chemiczny, 95(5), 984-952.
• 17. Kujawska, J., Cel, W., Wasąg, H. (2016). Wymywalność metali ciężkich z odpadów wiertniczych górnictwa gazu łupkowego. Rocznik Ochrona Środowiska, 18, 909-919.
• 18. Kukulska-Zając, E., Król, A., Dobrzańska, M. (2017). Prowadzenie oceny stanu środowiska glebowego pod kątem występowania zanieczyszczeń węglowodorami w aspekcie obowiązujących uregulowań prawnych. Nafta-Gaz, 5, 350-359.
• 19. Mironiuk, M., Chojnacka, K., Górecka, H. (2014). Zastosowanie certyfikowanych materiałów odniesienia w walidacji metod analizy wielopierwiastkowej. Przemysł Chemiczny, 93(4), 578-584
• 20. Pawłowski, A., Pawłowski, L., Gromiec, M., Baran, S. (2015). Gaz łupkowy: wpływ wierceń na środowisko. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 254-258.
• 21. PN-ISO 10390:1997 Jakość gleby. Oznaczanie pH.
• 22. PN-ISO 11265:1997 Jakość gleby. Oznaczanie przewodności elektrycznej właściwej.
• 23. PN-ISO 9297:1994 Jakość wody. Oznaczanie chlorków. Metoda miareczkowania azotanem srebra w obecności chromianu jako wskaźnika (Metoda Mohra).
• 24. Pulido, M., Schnabel, S., Lavado, Contador, J. F., Lozano-Parra, J., Gómez- Gutiérrez, Á. (2017). Selecting indicators for assessing soil quality and degradation in rangelands of Extremadura. SW Spain. Ecological Indicators, 74, 49-61.
• 25. Rojas, J. M., Prause, J., Sanzano, G. A., Antonio, Arce, O. E., Sánchez, M. C. (2016). Soil quality indicators selection by mixed models and multivariate techniques in deforested areas for agricultural use in NW of Chaco. Argentina. Soil & Tillage Research, 155, 250-262.
• 26. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 16 lipca 2015 r. w sprawie dopuszczania odpadów do składowania na składowiskach (Dz. U. z dnia 1 września 2015 r.).
• 27. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 1 września 2016r. w sprawie sposobu prowadzenia oceny zanieczyszczenia powierzchni ziemi (Dz.U. 2016 nr 0 poz. 1395).
• 28. Zueng-Sang, Ch. (1999). Selecting Indicators to Evaluate Soil Quality. Department of Agricultural Chemistry. National Taiwan University.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).