Geogenic organic contaminants in the low-rank coal-bearing Carrizo-Wilcox aquifer of East Texas, USA

Abstract

The organic composition of groundwater along the Carrizo-Wilcox aquifer in East Texas (USA), sampled from rural wells in May and September 2015, was examined as part of a larger study of the potential health and environmental effects of organic compounds derived from low-rank coals. The quality of water from the low-rank coal-bearing Carrizo-Wilcox aquifer is a potential environmental concern and no detailed studies of the organic compounds in this aquifer have been published. Organic compounds identified in the water samples included: aliphatics and their fatty acid derivatives, phenols, biphenyls, N-, O-, and S-containing heterocyclic compounds, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), aromatic amines, and phthalates. Many of the identified organic compounds (aliphatics, phenols, heterocyclic compounds, PAHs) are geogenic and originated from groundwater leaching of young and unmetamorphosed low-rank coals. Estimated concentrations of individual compounds ranged from about 3.9 to 0.01 μg/L. In many rural areas in East Texas, coal strata provide aquifers for drinking water wells. Organic compounds observed in groundwater are likely to be present in drinking water supplied from wells that penetrate the coal. Some of the organic compounds identified in the water samples are potentially toxic to humans, but at the estimated levels in these samples, the compounds are unlikely to cause acute health problems. The human health effects of low-level chronic exposure to coal-derived organic compounds in drinking water in East Texas are currently unknown, and continuing studies will evaluate possible toxicity.

Résumé

La composition organique des eaux souterraines de l’aquifère de Carrizo-Wilcox dans l’est du Texas (EU), échantillonnée sur des puits ruraux de mai à septembre 2015, a été analysée dans le cadre d’une étude plus large sur les effets possibles sur la santé et l’environnement des composés organiques dérivés des formations houillères de basse qualité. La qualité de l’eau de l’aquifère de Carrizo-Wilcox riche en charbon de basse qualité est un problème environnemental possible et il n’existe pas d’études détaillées publiées sur les composés organiques de cet aquifère. Les composés organiques analysés dans les échantillons d’eau comprennent : aliphatiques et leurs dérivés d’acides gras, phénols, biphényles, composés hétérocycliques contenant N-, O- et S-, hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), amines aromatiques et phtalates. Beaucoup de composés organiques identifiés (aliphatiques, phénols, composés hétérocycliques, HAP) sont géogéniques et proviennent du lessivage de jeunes formations houillères de basse qualité et non métamorphisées. Les concentrations estimées des composés individuels varient de 3.9 à 0.01 μg/L. Dans de nombreuses régions rurales de l’Est du Texas, les couches de charbon composent les aquifères captées pour l’alimentation en eau potable. Les composés organiques observés dans les eaux souterraines sont susceptibles d’être présents dans l’eau potable provenant de forages interceptant les niveaux de charbon. Quelques composés organiques identifiés dans les échantillons d’eau sont potentiellement toxiques pour l’homme mais, aux concentrations retrouvées dans les échantillons, ces composés n’entrainent probablement pas de problème notable sur la santé. Les effets sur la santé humaine d’une exposition chronique à de faibles concentrations des composés organiques dérivés du charbon présents dans l’eau potable dans l’Est du Texas ne sont pas connus actuellement, et les études qui se poursuivent évalueront leur toxicité éventuelle.

Resumen

Se examina la composición orgánica del agua subterránea a lo largo del acuífero Carrizo-Wilcox del Este de Texas (EEUU), muestreado a partir de pozos rurales en mayo y septiembre de 2015, como parte de un gran estudio sobre los efectos potenciales al ambiente y la salud de los compuestos orgánicos derivados de carbones de bajo grado. La calidad del agua a partir del acuífero Carrizo-Wilcox que contiene el carbón de bajo grado es una preocupación ambiental potencial y no se publicó ningún estudio detallado de compuestos orgánicos en este acuífero. Los componentes orgánicos identificados en las muestras de agua subterránea incluyeron: alifáticos y sus derivados de ácidos grasos, fenoles, bifenilos, compuestos heterocíclicos que contienen N-, O-, y S-, hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), aminas aromáticas y ftalatos. Muchos de los compuestos orgánicos identificados (alifáticos, fenoles, compuestos heterocíclicos, HAP) son geogénicos y se originan de la lixiviación de las capas subterráneas de carbón joven de bajo grado y no metamorfoseado. Las concentraciones estimadas de los compuestos individuales oscilaron entre aproximadamente 3.9 y 0.01 μg/L. En muchas zonas rurales del este de Texas, los estratos de carbón aportan acuíferos para los pozos de agua potable. Es probable que los compuestos orgánicos observados en el agua subterránea estén presentes en el agua potable de los pozos que penetran en el carbón. Algunos de los compuestos orgánicos identificados en las muestras de agua son potencialmente tóxicos para los seres humanos, pero en los niveles estimados en estas muestras son poco probables que causen problemas agudos de salud. Los efectos sobre la salud humana de la exposición crónica de bajo nivel a compuestos orgánicos derivados del carbón en el agua potable en el este de Texas son actualmente desconocidos y continuando los estudios se evaluará la posible toxicidad.

摘要

2015年5月和9月从农村井中对(美国)德克萨斯州东部沿Carrizo-Wilcox含水层所采的有机成分样品进行了分析,这项工作是劣质煤中有机化合物潜在健康和环境影响研究项目的一部分。含劣质煤的Carrizo-Wilcox含水层中的水质是潜在的环境问题,有关这个含水层有机化合物详细研究的成果还没有发表过。水样中确认的有机化合物包括:脂肪族化合物及其脂肪酸派生物、酚类化合物、联苯、N-、 O-、含S的杂环化合物、多环芳烃、芳香胺和邻苯二甲酸盐。许多确认的有机化合物(脂肪族化合物、酚类化合物、杂环化合物和多环芳烃)是地球成因的,来源于年轻的及未变质劣质煤中的地下水淋滤。每种化合物的估测浓度大约为3.9 到 0.01 μg/L。在德克萨斯州东部许多农村地区,煤层充当着饮用水井的含水层。地下水中观测到的有机化合物很可能存在于煤层井提供的饮用水中。水样中确认的有些化合物可能对人类有毒,但是根据这些样品中估测的含量水平,其化合物不可能引起严重的健康问题。低水平长期接触德克萨斯州东部源自煤的饮用水中的化合物对人类健康影响目前还是未知,后续研究将评估可能的毒性。

Resumo

A composição orgânica das águas subterrâneas do aquífero Carrizo-Wilcox, amostradas em poços cacimba em East Texas (EUA) entre maio e setembro de 2015, foi examinada como parte de um estudo mais amplo sobre os potenciais efeitos à saúde e ao meio ambiente dos compostos orgânicos derivados de carvões de baixo grau de carbonificação. A qualidade da água oriunda dos carvões de baixo grau de carbonificação do aquífero Carrizo-Wilcox é uma potencial preocupação ambiental e estudos detalhados sobre os compostos orgânicos não têm sido publicados. Os compostos orgânicos identificados nas águas incluem: alifáticos e derivados oleosos ácidos; fenóis; bifenilas; compostos heterocíclicos do tipo N-, O-, e S-; hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs), aminas aromáticas; e ftalatos. Muitos dos compostos orgânicos identificados (alifáticos, fenóis, compostos heterocíclicos, HAPs) são geogênicos e originados pela lixiviação de carvões de baixo grau de carbonificação não metamorfisados e juvenis nas águas subterrâneas. As concentrações estimadas de cada composto variaram entre aproximadamente 3.9 e 0.01 μg/L. Em várias áreas rurais de East Texas, a camada de carvão fornece água aos aquíferos explotados por poços de abastecimento. Os compostos observados na água subterrânea provavelmente estão presentes na água explotada pelos poços que interceptam a camada de carvão. Alguns dos compostos orgânicos identificados em amostras de água são potencialmente tóxicos à saúde humana, entretanto, nas concentrações estimadas nessas amostras, esses compostos provavelmente não devem causar problemas agudos á saúde. Os efeitos à saúde humana causados pela exposição crônica aos baixos níveis dos compostos orgânicos derivados do carvão nas águas subterrâneas ainda são desconhecidos, de modo que estudos futuros avaliarão os possíveis níveis de toxicidade.