消油劑對環(huán)境生物毒性評價研究

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(中海石油環(huán)保服務(wù)(天津)有限公司,天津 300457)

隨著近年來海上石油開采活動增多，海上鉆井平臺、輸油管道,以及船舶泄漏所引起的溢油事故頻發(fā)，大量的石油污染物進(jìn)入海洋，對海洋生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。渤海是我國主要的海洋石油產(chǎn)區(qū)，其所面臨的海洋溢油風(fēng)險也在不斷增大。

消油劑的使用已經(jīng)成為海上溢油應(yīng)急處置的一種重要手段[1-3]。消油劑是一種具有親水親油性能的化學(xué)物質(zhì)，能夠有效降低油水界面張力[4]，促進(jìn)油膜向水體中分散形成油滴，從而減輕海面浮油對海洋生物的有害影響。但是，由于消油劑本身潛在的毒性作用，消油劑使用對海洋生物的毒性一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，國內(nèi)外針對原油和消油劑毒性開展了許多評價研究[5-7]，但是對原油和消油劑混合后的乳化液毒性的研究開展較少。有研究表明，消油劑使用后所形成的乳化分散液毒性能達(dá)到消油劑本身毒性的15倍[8]。因此，開展對消油劑及其作用后形成乳化液的毒性研究，對消油劑使用效果的評估具有重要意義。并且，目前許多研究僅選擇一種海洋生物進(jìn)行消油劑的毒性評價[9-10]，結(jié)果并不全面。有必要開展消油劑對多個營養(yǎng)級海洋生物的毒性研究。

本研究選擇渤海典型油品，以不同營養(yǎng)級的3種海洋生物(小球藻、褶皺臂尾輪蟲和半滑舌鰨)為受試生物，考察了原油、消油劑和乳化液對不同海洋生物的毒性效應(yīng)。研究結(jié)果可為渤海溢油事故中消油劑的使用決策提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1)受試生物。毒性實(shí)驗(yàn)受試生物包括小球藻、褶皺臂尾輪蟲和半滑舌鰨。其中，小球藻(Chlorella vulgaris Beij.)取自天津農(nóng)學(xué)院水產(chǎn)生態(tài)及養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室藻種室，在渤海海域生長良好。褶皺臂尾輪蟲(Brachionus plicatilis)分離自渤海海域，由休眠卵孵化，挑選活潑健壯攜非混交卵雌體，在實(shí)驗(yàn)室恒溫光照培養(yǎng)箱內(nèi)傳代培養(yǎng)2個月待用。半滑舌鰨(Cynoglossus semilaevis)取自渤海灣，在盛有自然海水的水族箱中暫養(yǎng)馴化待用。

2)原油。實(shí)驗(yàn)用原油選擇渤海產(chǎn)輕質(zhì)、中質(zhì)和重質(zhì)3種類型原油，依次分別為渤中28-1(BZ28-1，密度0.810 g/cm3)、常青號(CQH，密度0.846 g/cm3)和綏中36-1(SZ36-1，密度0.968 g/cm3)原油。

3)消油劑。實(shí)驗(yàn)用消油劑為中海石油環(huán)保服務(wù)(天津)有限公司自主研制的恒海消油劑。

4)原油和消油劑乳化液。將實(shí)驗(yàn)用原油(輕質(zhì)油、中質(zhì)油、重質(zhì)油)和消油劑用過濾滅菌的潔凈海水(鹽度30±1)配制成10 g/L的母液，按每50 mL過濾滅菌的潔凈海水、1 g渤海原油、0.2 g消油劑的比例混合。振蕩1 h混合充分均勻后于磨口棕色瓶中保存待用。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

分別配制不同濃度梯度的原油、消油劑及乳化液，設(shè)6個實(shí)驗(yàn)組，1個對照組。

1)小球藻毒性實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理。實(shí)驗(yàn)采用500 mL三角燒瓶，接種指數(shù)生長期的微藻至新配制的f/2培養(yǎng)液中，實(shí)驗(yàn)總體積為300 mL，起始密度為100×104cells/mL。每24 h取樣，Lugol’s碘液固定，血球計數(shù)板計數(shù)藻細(xì)胞密度，同時觀察藻形態(tài)變化。

進(jìn)行240 h實(shí)驗(yàn)，計算24、48、72、96和240 h小球藻相對增長率的變化。相對增長率計算公式為

K= (lgNt-lgN0) /T

(1)

式中：N0——藻的起始密度；

Nt——培養(yǎng)t時間后的藻密度；

T——培養(yǎng)時間。

利用OriginPro8.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析及線性擬合，分別換算得到原油、消油劑及乳化液不同濃度對小球藻的抑制率。直線內(nèi)插法求得原油、消油劑及乳化液對小球藻的24、48、72、96和240 h的半數(shù)抑制濃度ED50。

2)褶皺臂尾輪蟲毒性實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理。實(shí)驗(yàn)在6孔培養(yǎng)板中進(jìn)行，培養(yǎng)液體積為2 mL。挑選剛孵出4～6 h活潑健壯的輪蟲為實(shí)驗(yàn)對象，每孔放入輪蟲20個，(20±1)℃條件下培養(yǎng)96 h，實(shí)驗(yàn)過程中用解剖鏡觀察輪蟲的存活情況。輪蟲纖毛和體內(nèi)運(yùn)動停止判定為死亡。每個實(shí)驗(yàn)組設(shè)置3個平行，取平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。Bliss法求得原油、消油劑及乳化液對褶皺臂尾輪蟲24、48、72、96和240 h的半致死濃度LD50。

3)半滑舌鰨毒性實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理。實(shí)驗(yàn)在在5 L的燒杯內(nèi)進(jìn)行，每個燒杯8尾實(shí)驗(yàn)魚。燒杯內(nèi)放置氣石，每24 h更換1次實(shí)驗(yàn)液，實(shí)驗(yàn)期內(nèi)發(fā)現(xiàn)不動不呼吸的魚用玻璃棒輕輕觸動其尾部，若魚體沒有反應(yīng)，則判斷為死亡，及時撈出。記錄24、48、72、96和240 h死亡魚數(shù)。每個實(shí)驗(yàn)組設(shè)置3個平行，取平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。Bliss法求得原油、消油劑及乳化液對對半滑舌鰨24、48、72、96和240 h的半致死濃度LD50。

2 結(jié)果與討論

2.1 原油、消油劑及其乳化液對小球藻的生物毒性分析

不同原油、消油劑和乳化液對小球藻的毒性效應(yīng)隨時間的變化規(guī)律見圖1。

圖1 原油、消油劑及其乳化液對小球藻的毒性效應(yīng)

輕質(zhì)油及其乳化液在24～48 h的毒作用效應(yīng)大于中質(zhì)油和重質(zhì)油及其乳化液；72 h時，輕質(zhì)油、中質(zhì)油和重質(zhì)油的毒作用效應(yīng)無顯著差別；大于96 h時，重質(zhì)油的毒作用效應(yīng)顯著大于輕質(zhì)油和中質(zhì)油的毒作用效應(yīng)，乳化液對小球藻的毒性效應(yīng)作用規(guī)律與原油類似。

就原油、消油劑及其乳化液生物毒性相比較而言，在24～72 h內(nèi)，消油劑ED50值均高于原油和乳化液，表明消油劑對小球藻的毒性效應(yīng)較低，乳化液對小球藻的生物毒性高于消油劑單獨(dú)存在時的毒性。

對不同原油、消油劑和乳化液，在240 h時，小球藻出現(xiàn)“刺激性”生長的現(xiàn)象，說明小球藻在一定條件下對原油、消油劑和乳化液有吸收利用的功能。

2.2 原油、消油劑及其乳化液對褶皺臂尾輪蟲的生物毒性分析

不同原油、消油劑和乳化液對褶皺臂尾輪蟲的毒性效應(yīng)隨時間變化規(guī)律見圖2。

圖2 原油、消油劑及其乳化液對褶皺臂尾輪蟲的毒性效應(yīng)

輕質(zhì)油及其乳化液在24～48 h的毒作用效應(yīng)大于中質(zhì)油和重質(zhì)油及其乳化液。72 h時，中質(zhì)油的毒作用效應(yīng)大于輕質(zhì)油和重質(zhì)油。大于96 h時，重質(zhì)油的毒作用效應(yīng)顯著大于輕質(zhì)油和中質(zhì)油的毒作用效應(yīng)，輕質(zhì)油和中質(zhì)油無顯著差異，乳化液對褶皺臂尾輪蟲的毒性效應(yīng)作用規(guī)律與原油類似。

就原油、消油劑及其乳化液生物毒性相比較而言，消油劑LD50值均高于原油和乳化液，表明消油劑對褶皺臂尾輪蟲的毒性效應(yīng)較低，乳化液對褶皺臂尾輪蟲的生物毒性高于消油劑單獨(dú)存在時的毒性。原油和乳化液對褶皺臂尾輪蟲的毒性效應(yīng)差異不明顯。

2.3 原油、消油劑及其乳化液對半滑舌鰨的生物毒性分析

不同原油、消油劑、乳化液對半滑舌鰨的毒性效應(yīng)隨時間的變化規(guī)律見圖3。

圖3 原油、消油劑及其乳化液對半滑舌鰨的毒性效應(yīng)

輕質(zhì)油在24～48 h的毒作用效應(yīng)大于中質(zhì)油和重質(zhì)油。大于72 h時，重質(zhì)油的毒作用效應(yīng)大于輕質(zhì)油和中質(zhì)油，添加消油劑后，乳化液對半滑舌鰨的毒性效應(yīng)作用規(guī)律發(fā)生改變，中質(zhì)油和重質(zhì)油對半滑舌鰨的毒作用效應(yīng)明顯提前。96和240 h，各個處理組對半滑舌鰨的毒作用效應(yīng)差異不顯著。

對比原油、消油劑及其乳化液的生物毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，不同時間消油劑的半致死濃度LD50值均高于原油和乳化液，表明消油劑對半滑舌鰨的毒性效應(yīng)較低，乳化液對半滑舌鰨的生物毒性高于消油劑單獨(dú)存在時的毒性。原油和乳化液對半滑舌鰨的毒性效應(yīng)差異不明顯。這也說明，盡管消油劑的使用可以減輕海面原油對海洋生物和海岸線存在的潛在污染風(fēng)險，消油劑和原油作用形成的乳化液對海洋水體生物的毒性影響同樣需要引起關(guān)注。

3 結(jié)論

1)所測試原油、消油劑和乳化液對所選擇的3種海洋生物(小球藻、褶皺臂尾輪蟲和半滑舌鰨)均有明顯致毒效應(yīng)。

2)對不同類型原油，輕質(zhì)油24～48 h對不同海洋生物的毒作用效應(yīng)最為明顯，中質(zhì)油在時間上大約有24 h的滯后毒作用效應(yīng)，重質(zhì)油滯后更加明顯，在96～240 h 時重質(zhì)油的毒作用效應(yīng)最顯著。

3)消油劑對不同海洋生物的生物毒性均低于原油和乳化液，說明消油劑使用形成的乳化液毒性要高于消油劑單獨(dú)存在時的毒性。

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