《Marine Environmental Research》:Environmental Persistence and Inefficiency of Natural Attenuation in the Removal of Pyrolysis Oils in Canadian Marine Waters Under Cold Temperatures: Implications for Hazardous and Noxious Substances Spill Preparedness
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•在静水条件下,两种油均下沉,表明其在水中的天然分散能力有限。•在4°C条件下,各海域中油的生物降解程度有限(仅为3-20%)。•两种油对V. fischeri均具有极强的毒性,IC50值较低。•4°C条件下油的低生物降解率表明天然衰减潜力有限。•传统的溢油清理方法在面对热解
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在静水条件下,两种油均下沉,表明其在水中的天然分散能力有限。
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在4°C条件下,各海域中油的生物降解程度有限(仅为3-20%)。
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两种油对V. fischeri均具有极强的毒性,IC50值较低。
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4°C条件下油的低生物降解率表明天然衰减潜力有限。
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传统的溢油清理方法在面对热解油泄漏事故时需要重新评估。
引言
热解油是一种从植物、藻类或动物废弃物等有机材料中提取的可再生能源[1]。由于全球化石燃料的短缺和价格上升,以及对化石油及其衍生物对环境和人体健康有害影响的日益关注,热解油作为传统燃料和能源的替代品,其生产和运输正在增长[2]。热解油是化石燃料的一种有前景的替代品,因为它们可以从可再生资源(即,植物油或动物脂肪)中生产,其生产过程相对简单且经济可行,易于安全处理且便于储存,同时减少了对石油基燃料的依赖[2]。
热解油的化学组成与石油基产品不同,这是由于原料和加工技术的差异所致[3]。与石油燃料相比,热解油含有更多的支链烷烃和较少的芳香族化合物2, 3。尽管热解油源自可持续原料,但由于对其毒性效应[3]和环境影响[4]的担忧,在发生泄漏事故时,热解油被视为有害有毒物质(HNS)。
在发生溢油事故时,自然风化过程通过自然发生的物理、化学和生物过程在从环境中去除有机化合物方面发挥关键作用5, 6。有机化合物的天然衰减(生物降解)取决于其化学结构(即,溶解度)、环境条件(即,温度、是否存在混合、营养物质或氧气的可用性、高/低盐度)以及生物因素(即,是否存在异养生物、微生物群落对有机化合物的敏感性或耐受性等)7, 8。尽管已有研究支持在好氧9, 10, 11, 12, 13, 14和无氧15, 16条件下,自然存在的微生物能够在土壤、水体和沉积物中去除可再生能源生物燃料,但对溶解度较低的化合物进行天然衰减更具挑战性[17]。
近期关于热解油在海洋环境中的命运、行为及效应的研究已表明其具有高毒性和生态影响3, 4。近期发生的HNS泄漏事故引发了公众对传统机械、化学和生物清理及修复策略在低温条件下、地理分布不同的海洋水域中去除HNS有效性的担忧。
为了提高对HNS事故的应对准备能力,本研究使用两种热解油和从加拿大北海岸、西海岸和东海岸采集的三种海洋水体开展了一系列中型生态系统研究,以增进我们对热解油在海洋环境中泄漏后天然衰减有效性的理解。研究目的是确定热解油泄漏事故能否通过传统清理方法有效清除,还是由于环境变量的影响需要对这些方法进行重新评估。本研究中呈现的信息对于低温条件下海洋环境中HNS泄漏的预防和应对具有重要意义。
各节摘要
海水
从地理分布不同的太平洋(PO)、大西洋(AO,加拿大东海岸)和波弗特海(BS)采集了三种水体样品。太平洋水体于2023年2月6日和2024年7月从深水湾(49°46′01.50″ N, 124°73′69.68″ W)采集,采水点位于离岸约305米处,水深12.2米处,处于低潮条件。水体在现场使用尼龙筒式过滤器(70 μm)进行过滤,并运送至加拿大能源技术中心(阿尔伯塔省,devon,
结果与讨论
本研究评估了木质油或生物油在加拿大三种海洋水体中在4°C和15°C条件下的生物降解情况,并考察了这些海洋水体中微生物群落对油的响应。
结论
本研究的开展是为了支持加拿大加强海洋污染预防和应对能力的联邦行动。重要的是,本研究是对热解油在加拿大北极、大西洋和太平洋海洋环境中生物降解特性的首批比较评估之一,填补了随着这些新兴替代燃料生产和运输日益增加所带来的关键知识空白。
在本研究中,生物降解过程
CRediT作者贡献声明
Qin Xin:审阅与编辑、撰写初稿、可视化、验证、项目管理、方法学、资金获取、概念化。 Nayereh Saborimanesh:审阅与编辑、撰写初稿、可视化、验证、方法学、调查、概念化
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
资金
本项目由加拿大政府海洋保护计划2.0计划资助。
利益冲突声明
? 作者声明以下经济利益/个人关系可被视为潜在的利益冲突:Qin Xin报告获得加拿大政府海洋保护计划2.0项目的资金支持。如有其他作者,他们声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
特别感谢来自加拿大能源技术中心渥太华分中心的Benjamin Bronson博士提供生物油,来自Memorial University的Helen Zhang博士和来自温哥华岛大学的Erik Krogh博士提供大西洋和太平洋水体。作者感谢COOP学生Bassam Al Haj(来自Concordia University,蒙特利尔,QC)和Jaiden Lang(来自University of Alberta,Edmonton,AB)对本研究的贡献。
Nayereh Saborimanesh|Qin Xin