油田生产化学品的生态毒性及其通过活性炭吸附和紫外线光解方法的缓解措施

《Journal of Environmental Management》：Ecotoxicity of Oilfield Production Chemicals and Their Mitigation by Activated Carbon Adsorption and UV Photolysis

　　

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  杀菌剂是对海洋生物毒性最强的添加剂。
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  还原剂和增稠剂未显示出任何毒性。
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  活性炭吸附降低了杀菌剂和破乳剂的毒性。
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  紫外线光解降低了消泡剂和杀菌剂的慢性毒性。
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  结果强调了有效处理废水的必要性。

引言

石油和天然气勘探及生产活动会产生大量废弃物，其中产出水（PW）是石油工业中最大的废水来源（Hasiany等人，2015年）。在海上作业中，产出水通常经过处理后重新注入储层或排放到海洋环境中（Beyer等人，2020年）。然而，由于其复杂的成分，包括溶解和分散的碳氢化合物、无机盐、金属以及处理化学品，如果管理不当，产出水可能对生态环境构成风险（Asun??o等人，2018年）。

产出水中的一个关键成分是特意添加的化学添加剂，这些添加剂用于确保运营效率和完整性。这些添加剂包括杀菌剂、防腐剂、消泡剂、H₂S清除剂、破乳剂、防结垢剂、还原剂和增稠剂（Fakhru'l-Razi等人，2009年；Kelland，2014年；Cabrera等人，2021年；Costa等人，2022年）。尽管这些化学品对控制微生物生长、结垢、腐蚀和乳液形成等操作挑战至关重要，但其中一部分仍可能残留在产出水中并排放到海洋生态系统中。尽管它们被广泛使用，但关于许多添加剂的环境毒性效应的信息仍然有限，尤其是在实际暴露条件和混合情景下（Henderson等人，1999年；Bento和Campos，2021年）。

生态毒性测试是评估这些化合物潜在环境风险的基本工具（Costa等人，2008年；Pawar和Vidic，2024年）。一般来说，急性毒性测试可以快速评估致死效应。相比之下，慢性毒性测试，特别是涉及海洋无脊椎动物早期生命阶段的测试，能够检测到可能更具环境相关性的亚致死和发育效应（Beyer等人，2001年；Zagatto和Bertoletti，2014年）。此外，由于排放的产出水包含复杂的混合物而非单一物质，评估混合物的毒性对于进行现实的环境风险评估至关重要。常使用浓度加成（CA）等模型，因为它们简单易用。此外，通过CA可以减少实验所需的时间、成本和资源消耗。然而，由于成分之间的协同或拮抗作用，可能会偏离加性原则（Panouillères等人，2007年；Fernández-Pi?as等人，2014年；Ge等人，2020年）。

鉴于产出水中存在多种不同浓度的污染物质，已经提出了多种处理技术（Weschenfelder等人，2016年；Alzahrani等人，2013年；Cabrera等人，2021年）。安装在海上平台上的传统产出水处理系统，如水力旋流器和溶解气浮选装置，主要设计用于去除油和悬浮固体，可能无法有效去除溶解的有机添加剂（Igwe等人，2013年）。因此，需要补充技术来降低残留化学物质的毒性。在可用的替代方法中，使用活性炭吸附和基于紫外线的光解已被证明是去除或转化溶解有机污染物的有前景的方法（Yang等人，2014年；Zhang等人，2022年；Mortezazadeh等人，2025年）。这些技术适用于海上应用，因为空间和重量限制要求处理系统必须紧凑、高效且操作简单（Igunnu和Chen，2014年）。

在这种背景下，本研究评估了七种在油田生产中常用的化学添加剂的急性和慢性毒性，测试浓度代表了实际操作中的浓度。急性毒性通过微甲壳类动物Artemia sp.进行评估，而慢性毒性则通过海胆E. lucunter和A. lixula的胚胎-幼体发育试验进行评估。选择这些生物体是基于巴西的环境法规：根据CONAMA第393号决议（2007年），海胆是产出水监测的必需生物；而Artemia sp.是里约热内卢州环境研究所（INEA）根据NOP-08（2018年）推荐的用于咸水和半咸水废水排放的测试生物之一。

除了单一化合物的毒性外，还使用CA模型评估了多种添加剂共存的现实暴露情景下的混合物效应。此外，还研究了紫外线光解和活性炭吸附作为减轻最具毒性添加剂影响的策略。这种综合方法提供了关于产出水中污染物环境风险和潜在处理方法的见解。

章节节选

溶液制备

本研究评估了七种添加剂。所选浓度代表了生产化学品的操作处理浓度，而不是最终排放产出水中必然存在的残留浓度（Tung等人，2001年；Johnsen等人，2004年；Kelland，2014年；Coelho等人，2018年；Bento和Campos，2021年）。

用于海胆测试的溶液使用了商业产品Maxxi Reef Plus合成海盐制备

表3显示了这些化学添加剂对Artemia sp.的毒性评估结果。

只有三种添加剂溶液对Artemia sp.表现出毒性：杀菌剂、破乳剂和H₂S清除剂（表3）。最后两种添加剂在测试剂量下仅显示出轻微毒性，因此无法计算出50%存活率（LC50）在48小时内的浓度。

Bento和Campos（2021年）对同一种破乳剂（浓度为45 mg/L）对细菌的影响进行了评估

结论

在所评估的添加剂中，杀菌剂被认定为毒性最强的物质。相比之下，还原剂和增稠剂在测试浓度下对测试生物体没有表现出毒性。尽管单独来看它们是非毒性的，但这些非毒性添加剂组合后对Artemia sp.产生了毒性作用，而在A. lixula中未观察到毒性效应。对于A. lixula，有毒添加剂的混合物表现出拮抗作用。

大多数添加剂的急性毒性普遍较低；

Juacyara Carbonelli Campos：验证、监督、资源调配、调查、正式分析。Sarah Dario Alves Daflon：撰写——初稿撰写、验证、项目管理、调查、概念构思。Fernanda Outtes Amigo：方法论、正式分析、数据管理。Marllon Robert dos Santos Valentim：验证、方法论、调查、正式分析、数据管理。Alyne Moraes Costa：撰写——审稿与编辑、可视化、验证。Letícia Sobral Maia dos Santos

Al-Ghouti等人，2019年；ASTM，2020年；Ch Chapman，2000年；Chatterjee和Roy，2022年；Fakhru’l-Razi等人，2009年；Gulistan等人，2016年；Pedersen和Petersen，1996年；Thomas等人，2004年。

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢：

本研究部分得到了巴西高等教育人员培训协调委员会（CAPES）的支持。本研究由里约热内卢州卡洛斯·查加斯·菲略研究基金会（FAPERJ）资助，项目编号SEI-260003/020271/2025。

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