Andrzej Tonderski, Politechnika Gdańska FORUM CZYSTEJ ENERGII 8 Października 2013, Poleko, Poznań Oczyszczanie ścieków z procesu szczelinowania hydraulicznego Jan Hupka, Politechnika Gdańska, Jan Macuda, Akademia Górniczo Hutnicza, Andrzej Tonderski, Politechnika Gdańska

Program prezentacji O programie Blue Gas Płyn powrotny ze szczelinowania Metody oczyszczania Oczyszczanie zaawansowane Płyn powrotny z Lubocina Potencjał badawczy Doświadczenia z USA i Kanada pokazują (z kilkoma wyjątkami), że głębokie zatłaczanie było jedną z najbardziej popularnych i ekonomicznie wykonalnych metod utylizacji powstających odpadów i ścieków. Należy podkreślić, że metoda ta prawdopodobnie nie może być uważana za główny sposób zarządzania odpadami/ściekami w Polsce ze względu na następujące przyczyny: zaopatrzenie w wodę może być niewystarczające, charakter i środowiskowe aspekty muszą być wzięte pod uwagę, dla opinii publicznej bardziej korzystne jest, jeżeli płyn powrotny zostanie wykorzystany/poddany recyklingowi. Dlatego, zaproponowano testowanie kilku sposobów degradacji zanieczyszczeń w płynach powrotnych (fotodegradacji, biodegradacja, oczyszczanie membranowe i odgazowanie) które będą badane technologicznie i analizowane pod kątem zastosowań komercyjnych. Jeśli metody okażą się uzasadnione ekonomiczne mogą dodatkowo być oferowane jako polskie unikalne technologie na różnych rynkach gazu łupkowego. 2013-10-08, POZNAŃ FORUM CZYSTEJ ENERGII

Blue Gas - Polski Gaz Łupkowy Blue Gas - Polski Gaz Łupkowy. Wsparcie rozwoju technologii związanych z wydobyciem gazu łupkowego. Program jest częścią wspólnego przedsięwzięcia Narodowego Centrum Badań i Rozwoju oraz Agencji Rozwoju Przemysłu S.A. Jest on ukierunkowany na wsparcie dużych zintegrowanych przedsięwzięć badawczo-rozwojowych, obejmujących przetestowanie opracowanego rozwiązania w skali pilotażowej, prowadzących do opracowania i komercjalizacji innowacyjnych technologii w obszarze związanym z  wydobyciem gazu łupkowego. Główny cel programu: rozwój technologii w obszarze związanym z wydobyciem gazu łupkowego w Polsce i ich wdrożenie w działalności gospodarczej operujących w Polsce przedsiębiorstw.

Przedsiębiorstwo/Instytucja Przedsiębiorstwa i instytucje badawcze w programie Blue Gas NCBiR Przedsiębiorstwo/Instytucja Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo Grupa Lotos, S.A. ORLEN Upstream Sp. z o.o. Instytut Nafty i Gazu Akademia Górniczo-Hutnicza Politechnika Gdańska Politechnika Warszawska

Pakiety robocze w obszarze merytorycznym 3B WP2. ZASOBY WODNE - ŹRÓDŁA WP3. DODATKI STOSOWANE DO PROCESU SZCZELINOWANIA WP4. ZAGOSPODAROWANIE ŚCIEKÓW Z PROCESU SZCZELINOWANIA WP5. ZAGOSPODAROWANIE ODPADÓW STAŁYCH Z PROCESU SZCZELINOWANIA WP1. BAZA SPOŁECZNO EKONOMICZNA

Gromadzenie płynu powrotnego po szczelinowaniu Source: Cleaner Fracking, CEN, 15.10.2012

Recykling płynu powrotnego po szczelinowaniu Even as the volume of dirty water grows, the traditional methods of disposal are narrowing. Several states are considering or have recently imposed limits on wastewater disposal underground or in streams. Meanwhile, record drought in some drilling areas is making access to fresh water for drilling more difficult, costly and unpopular. The net result: "For the first time there's a strong driver for technology" to clean up the wastewater from mines so it can be reused, says Laura Shenkar, founder of the Artemis Project, a water-technology consulting firm. Dozens of water-treatment companies have started up in the past year or so, and many of the more established companies are adapting their techniques for use in the shale-gas industry. How many of those companies the market can support remains to be seen. SOURCE: http://online.wsj.com/article/SB10001424053111903918104576502562678793674.html Przetłaczanie płynu powrotnego w stacji recyklingu. By Yuliya Chernova, WSJ, Sept. 12, 2013 2013-10-08, POZNAŃ FORUM CZYSTEJ ENERGII

Oczyszczalnie konwencjonalne Ilości ścieków przesłane do publicznych oczyszczalni ścieków. By Aurana Lewis, Martin Doyle, May 2012. 2013-10-08, POZNAŃ FORUM CZYSTEJ ENERGII

Recykling wody Even as the volume of dirty water grows, the traditional methods of disposal are narrowing. Several states are considering or have recently imposed limits on wastewater disposal underground or in streams. Meanwhile, record drought in some drilling areas is making access to fresh water for drilling more difficult, costly and unpopular. The net result: "For the first time there's a strong driver for technology" to clean up the wastewater from mines so it can be reused, says Laura Shenkar, founder of the Artemis Project, a water-technology consulting firm. Dozens of water-treatment companies have started up in the past year or so, and many of the more established companies are adapting their techniques for use in the shale-gas industry. How many of those companies the market can support remains to be seen. SOURCE: http://online.wsj.com/article/SB10001424053111903918104576502562678793674.html Ilości ścieków poddane procesowi odzysku i recyklingu. By Aurana Lewis, Martin Doyle, May 2012. 2013-10-08, POZNAŃ

Zatłaczanie do górotworu Doświadczenia z USA i Kanada pokazują (z kilkoma wyjątkami), że głębokie zatłaczanie było jedną z najbardziej popularnych i ekonomicznie wykonalnych metod utylizacji powstających odpadów i ścieków. Należy podkreślić, że metoda ta prawdopodobnie nie może być uważana za główny sposób zarządzania odpadami/ściekami w Polsce ze względu na następujące przyczyny: zaopatrzenie w wodę może być niewystarczające, charakter i środowiskowe aspekty muszą być wzięte pod uwagę, dla opinii publicznej bardziej korzystne jest, jeżeli płyn powrotny zostanie wykorzystany/poddany recyklingowi. Ilość ścieków zatłaczanych do górotworu. By Aurana Lewis, Martin Doyle, May 2012. 2013-10-08, POZNAŃ FORUM CZYSTEJ ENERGII

Operacje i procesy jednostkowe w recyklingu płynu powrotnego SOURCE: http://online.wsj.com/article/SB10001424053111903918104576502562678793674.html 2013-10-08, POZNAŃ FORUM CZYSTEJ ENERGII

Sposoby oczyszczania Doświadczenia z USA i Kanada pokazują (z kilkoma wyjątkami), że głębokie zatłaczanie było jedną z najbardziej popularnych i ekonomicznie wykonalnych metod utylizacji powstających odpadów i ścieków. Należy podkreślić, że metoda ta prawdopodobnie nie może być uważana za główny sposób zarządzania odpadami/ściekami w Polsce ze względu na następujące przyczyny: zaopatrzenie w wodę może być niewystarczające, charakter i środowiskowe aspekty muszą być wzięte pod uwagę, dla opinii publicznej bardziej korzystne jest, jeżeli płyn powrotny zostanie wykorzystany/poddany recyklingowi. Dlatego, zaproponowano testowanie kilku sposobów degradacji zanieczyszczeń w płynach powrotnych (fotodegradacji, biodegradacja, oczyszczanie membranowe i odgazowanie) które będą badane technologicznie i analizowane pod kątem zastosowań komercyjnych. Jeśli metody okażą się uzasadnione ekonomiczne mogą dodatkowo być oferowane jako polskie unikalne technologie na różnych rynkach gazu łupkowego. 2013-10-08, POZNAŃ FORUM CZYSTEJ ENERGII

Fotodegradacja Fotodegradacja (gr. photos = światło, łac. degradatio = obniżenie) jest szczególnym rodzajem procesu rozkładu związku pod wpływem światła. Fotoliza bezpośrednia; Fotoliza pośrednia; Fotodegradacja jest degradacją fotodegradowalnej cząsteczki spowodowaną przez absorpcję fotonów, szczególnie tych znajdujących się w długości fal światła słonecznego, takich jak promieniowanie podczerwone, światło widzialne i promieniowanie ultrafioletowe. Inne formy promieniowania elektromagnetycznego mogą także powodować fotodegradację. Fotodegradacja obejmuje fotodysocjację, czyli rozpad cząsteczek na mniejsze części przez fotony. Obejmuje ona także nieodwracalną zmianę kształtu cząsteczek, np. denaturacji białek, i dodanie innych atomów lub cząsteczek. Najbardziej popularną fotodegradacją jest utlenianie. Ten typ fotodegradacji jest używany przez niektóre stacje uzdatniania wody pitnej i oczyszczalnie ścieków do zniszczenia zanieczyszczeń. Fotodegradacja w środowisku jest częścią procesu, w którym ambra ewoluuje z jego tłuszczowego prekursora. Dla analizy fotodegradacji płynu powrotnego próbki uzyskane z ługowania rdzeni, będą poddawane działaniu fotokatalizatora TiO2 aktywnego w świetle UV i katalizatorów domieszkowanych aktywnych w świetle widzialnym (system TiO2/Vis). Wymagane są: Charakterystyka fizykochemiczna cieczy przed i po szczelinowaniu, Rozwój fizykochemicznych metod oczyszczania wody powrotnej, wybór parametrów układu fotochemicznego zanieczyszczeń w płynie po szczelinowaniu za pomocą fotokatalizatorów TiO2,; Ocena skutecznej metody oczyszczania dla płynów powrotnych za pomocą połączonych metod fizykochemicznej i zaawansowanej metody utleniania; Optymalizacja procesu fotodegradacji; Projekt mobilnej stacji do uzdatniania cieczy za pomocą technologii przyjaznych dla środowiska; Planujemy osiągnąć Prototyp Fotodegradacji Zanieczyszczeń Płynu Powrotnego. W wielu poprzednich wnioskach, płyn powrotny wstrzykiwano do głębokich studni. W Polsce takie rozwiązanie jest mniej korzystne (jeśli nie niemożliwe). Dlatego fotodegradacja będzie testowana jako metoda zwiększenia ponownego wykorzystania płynów powrotnych dla kolejnego szczelinowania. Metoda ta nigdy nie była skutecznie używana do obróbki płynu powrotnego i ma wysoki poziom innowacji. Fotodegradacja jako metoda oczyszczania ścieków jest rozwijana od około dwudziestu lat (REF). Planowany prototyp zapewni nowatorskie rozwiązanie, które otworzy nowe i efektywne możliwości recyklingu i ponownego użycia płynów powrotnych. Zadanie to ma duże znaczenie dla międzynarodowej pozycji naukowej partnerów , nie ma charakteru lokalnego i mogą być łatwo przeniesione do innych obszarów. Dlatego rozwój innowacyjnego prototypu fotodegradacji płynu powrotnego (PFF) może zwiększyć możliwości uczestnictwa w międzynarodowych projektach, a także eksportu usług handlowych oraz know-how. 2013-10-08, POZNAŃ FORUM CZYSTEJ ENERGII

Biodegradacja Biodegradacja (gr. bios = życie, łac. degradatio = obniżenie) – biochemiczny rozkład związków organicznych przez saprobionty (głównie bakterie i grzyby, ale także pierwotniaki, promieniowce, glony i robaki) na proste związki nieorganiczne. Biodegradacja (gr. bios = życie, łac. degradatio = obniżenie) – biochemiczny rozkład związków organicznych przez saprobionty (głównie bakterie i grzyby, ale także pierwotniaki, promieniowce, glony i robaki) na proste związki nieorganiczne. Poza organizmami żywymi, do biodegradacji przyczyniają się także czynniki naturalne, takie jak: światło słoneczne, tlen z powietrza i woda. Dzięki niej rozkładowi może ulegać nawet 95% substancji organicznej. Na podstawie eksperymentów na wymywanie z rdzeni łupków przy zmiennych temperaturach ( 20-100 ° C ) i ciśnieniach ( 20 - 40MPa ). Warunki równocześnie symulujące operacje szczelinowania przy różnych głębokościach otworu zostaną przeprowadzona. Płyn szczelinujący przed i po szczelinowania zostaną zbadane pod względem właściwości toksykologicznych i fizykochemicznych. Toksyczność badanych płynów będzie określana przez minimalne stężenie hamujące na wzrost drobnoustrojów (MIC - minimalne stężenia hamujące ) przez podwójne rozcieńczenia cieczy w sposób zalecany przez Clinical and Laboratory Standards Institute według CLSIM27 - A2. Wymagane są: • toksykologiczna , fizyczna i chemiczna charakterystyka płynu przed i po szczelinowania , • wybór efektywnej technologii fizykochemicznych obróbki wstępnej, • rozwój skutecznego sposobu oczyszczania cieczy powrotnej za pomocą połączenia metod fizykochemicznych i biologicznych w skali laboratoryjnej, • stworzenie technologii degradacji zanieczyszczeń w płynu powrotnym przy użyciu kombinacji fizyko-chemicznych i biologicznych. Planujemy osiągnąć: Prototyp Biodegradacji zanieczyszczeń płynu powrotnego. W wielu poprzednich zastosowaniach, płyn powrotny wstrzykiwano do głębokich studni. W Polsce takie rozwiązanie jest mniej korzystne (jeśli nie niemożliwe). Dlatego, biodegradacja będzie testowany jako metoda zwiększenia ponownego wykorzystania płynów powrotnych dla kolejnego szczelinowania. Biodegradacja jako metoda oczyszczania ścieków została opracowana kilka dekad temu (REF). Jednak nie była ona stosowana do uzdatniania płynu powrotnego. Planowany prototyp zapewni nowe rozwiązanie, które otworzy nowe i efektywne możliwości recyklingu i ponownego użycia płynu powrotnego. Zadanie to ma duże znaczenie dla międzynarodowej pozycji naukowej partnerów, nie ma charakteru lokalnego i może być łatwo przeniesione do innych obszarów. Dlatego rozwój innowacyjnego prototypu biodegradacji płyn powrotnego (BFF) może zwiększyć możliwości uczestnictwa w międzynarodowych projektach, a także eksportu usług handlowych oraz know-how.   2013-10-08, POZNAŃ FORUM CZYSTEJ ENERGII

Wydobycie gazu i ropy w Lubocinie 2013-10-08, POZNAŃ FORUM CZYSTEJ ENERGII

Płyn szczelinujący z Lubocina Closed containers in Lubocino. Source: Photos taken by J. Mioduska

Płyn szczelinujący z Lubocina Source: Photo taken by Ł. Unterschuetz, trojmiasto.pl Source: http://burchtank.com, 2013 Source: Cleaner Fracking, CEN, 15.10.2012

Spinning Fluids Reactor for fracking fluids treatment Liquid phase inlet Gas inlet Outlet Solves problems with: High resistance to gas flow Clogging of sparging element

Pływające laboratorium analityki i technologii środowiska Jeśli metody okażą się uzasadnione ekonomiczne mogą dodatkowo być oferowane jako polskie unikalne technologie na różnych rynkach gazu łupkowego. 2013-10-08, POZNAŃ FORUM CZYSTEJ ENERGII

Acknowledgments The Polish Ministry of Science and Higher Education The National Center for Research and Development, Blue Gas Program The Gdansk University of Technology

Dz ięku j ę 2013-10-08, POZNAŃ FORUM CZYSTEJ ENERGII