Modelos para la evaluación de BTEX en casos de derrame de hidrocarburos en el mar, utilizando Diseño Experimental
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v10i3.13555Palabras clave:
Diseño experimental; Modelo matemático; Derrame de petróleo; Toxicidad aguda; BTEX.Resumen
El objetivo de este estudio fue obtener modelos matemáticos, utilizando la metodología de diseño experimental, capaces de predecir la contaminación de benceno, toluneno, etilbenceno y xilenos (BTEX) en casos de derrame de petróleo en el mar, y evaluar la toxicidad aguda de los fracción del petróleo (FSA). El diseño experimental factorial se desarrolló para describir la concentración de cada compuesto en función de las variables: ° API de petróleo, tiempo de contacto petróleo agua de mar después del derrame y temperatura del ambiente. Los modelos presentados pueden utilizarse para predecir cuantitativamente la contaminación de BTEX en agua de mar con una precisión superior al 99%, dentro de los rangos estudiados. El tiempo de contacto con el petróleo y el agua de mar fue el factor más determinante en la concentración / contaminación de BTEX en el petróleo FSA. Según el CL50%, la fracción soluble del petróleo API 39.8 ° presentó mayor toxicidad, con un CL50% de 46.07 con 1 h, y 11.38 con 96 horas de contacto con petróleo en agua de mar, mientras que el API API 32.8 presentó menor toxicidad, sin embargo, presentó concentraciones más altas de BTEX en la FSA, esto posiblemente se deba al efecto sinérgico de otros hidrocarburos que se volvieron biodisponibles para Mysidopsis juniae durante las pruebas. Las muestras demostraron un riesgo ambiental potencial en casos de derrames de estos hidrocarburos, y estos resultados pueden ayudar en el desarrollo de una evaluación del riesgo de derrames de hidrocarburos y servir como una herramienta analítica útil para emergencias.
Citas
Aeppli, C., Nelson, R. K., Radovi, J. R., Carmichael, C. a., Valentine, D. L., & Reddy, C. M. (2014). Recalcitrance and degradation of petroleum biomarkers upon abiotic and biotic natural weathering of Deepwater Horizon oil. Environ. Sci. Technol, 48, 6726-6734. http://dx.doi.org/10.1021/es500825q.
Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2017. NBR15308: Ecotoxicologia aquática -Toxicidade aguda - Método de ensaio com misidáceos (Crustacea). Associação Brasileira de Normas Técnicas
Bacosa, H. P., Erdner, D. L., & Liu, Z., (2015). Differentiating the roles of photooxidation and biodegradation in the weathering of light Louisiana sweet crude oil in surface water from the Deepwater Horizon site. Mar. Pollut. Bull, 95, 265-272. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2015.04. 005
Barros Neto, B., Scarminio, I. S., & Bruns, R. E. (2010). Como fazer experimentos, (4a ed.), Ed. Bookman.
Booth, A. M., Sutton, P. A., Lewis, C. A., Lewis, A. C., Scarlett, A., Chau, W., Widdows, J., & Rowland, S. J. (2007). Unresolved complex mixtures of aromatic hydrocarbons: thousands of overlooked persistent, bioaccumulative, and toxic contaminants in mussels. Environ. Sci. Technol, 41, 457-464. https://doi.org/10.1021/es0615829
Breitkreitz, M. C., Souza, A. M., & Poppi, R. J. (2014). Experimento didático de quimiometria para planejamento de experimentos: avaliação das condições experimentais na determinação espectrofotométrica de ferro ii com o-fenantrolina. Química. Nova, 37, 564-573. https://doiorg/10.5935/0100-4042. 20140092
Bücker, A., Carvalho, M. S., Conceição, M. B., & Alves-Gomes, J. A. (2012) Micronucleus test and comet assay in erythrocytes of the Amazonian electric fish Apteronotus bonapartii exposed to benzene. J. Brazilian Soc. Ecotoxicol, 7, 65-73. https://doi.org/10.5132/jbse.2012.01.010
Cardoso, C. K. M., Santana, R. S. G., Silva, V. L., Meirelles, A. C. L. E., Mattedi, Silvana, Moreira, I. T. A., & Lobato, A. K. C. L. (2020). Kinetic and equilibrium study of petroleum adsorption using pre-treated coconut fibers. Research, Society and Development, 9 (7), e523974413. https://doi.org/10.33448/rsd-v9i7.4413.
Chanton, J., Zhao, T., Rosenheim, B. E., Joye, S., Bosman, S., Brunner, C., Yeager, K. M., Diercks, A. R., & Hollander, D., (2014). Using natural abundance radiocarbon to trace the flux of petrocarbon to the seafloor following the Deepwater Horizon oil spill. Environ. Sci. Technol, 49 (2), 847-854. https://doi.org/10.1021/es5046524
Connon, R. E., Geist, J., & Werner, I. (2012). Effect-based tools for monitoring and predicting the ecotoxicological effects of chemicals in the aquatic environment. Sensors, 12 (9), 12741-12771. https://doi.org/10.3390/s120912741
Cravo-Laureau, C., & Duran, R. (2014). Marine coastal sediments microbial hydrocarbon degradation processes: contribution of experimental ecology in the omics'era. Front. Microbiol. 5, 39. . https://doi.org/10.3389/fmicb.2014.00039
Figuerêdo, L. P. de, Nilin, J., Silva, A. Q., Damasceno, É. P., Loureiro, S., & Costa-Lotufo, L. V., (2016a). Zinc and nickel binary mixtures act additively on the tropical mysid Mysidopsis juniae. Mar. Freshw. Res. 67 (3), 301-308. https://doi.org/10.1071/MF14363
Figuerêdo, L. P. de, Nilin, J., Silva, A. Q. da, Loureiro, S., & Costa-Lotufo, L. V., (2016b). Development of a short-term chronic toxicity test with a tropical mysid. Marine Pollution Bulletin 106, 104-108. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.03.020
Fingas, M., (2011). Oil Spill Science and Technology. Prevention, Response and Cleanup. Gulf Professional Publishing.
Gebara, S. S., Ré-Poppi, N., Nascimento, A. L. C. S., & do Junior, J. L. R. (2013). Métodos para análises de HPA e BTEX em águas subterrâneas de postos de revenda de combustíveis: um estudo de caso em Campo Grande, MS, Brasil. Quím. Nova, 36 (7), 1030-1037. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422013000700018
Gros, J., Reddy, C. M., Aeppli, C., Nelson, R. K., Carmichael, C. a., & Arey, J. S., (2014). Resolving biodegradation patterns of persistent saturated hydrocarbons in weathered oil samples from the Deepwater Horizon disaster. Environ. Sci. Technol. 48:1628-1637. https://doi.org/10.1021/es4042836
Gutierrez, T., Berry, D., Yang, T., Mishamandani, S., McKay, L., Teske, A., & Aitken, M. D., (2013). Role of bacterial exopolysaccharides (EPS) in the fate of the oil released during the Deepwater Horizon oil spill, 8 (6), e67717. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0067717
Hall, G. J., Frysinger, G. S., Aeppli, C., Carmichael, C. a., Gros, J., Lemkau, K. L., Nelson, R. K., & Reddy, C. M., (2013). Oxygenated weathering products of Deepwater Horizon oil come from surprising precursors. Mar. Pollut. Bull, 75, 140-149. http://dx.doi.org/ 10.1016/j.marpolbul.2013.07.048.
Hamilton, M. A., Russo, R. C., & Thurston, R. V., (1977). Trimmed Spearman-Karber method for estimating median lethal concentrations in toxicity bioassays. Environmental Science & Technology,11 (7), 714-719. https://doi.org/10.1021/es60130a004
Harfoot, M. B. J., Tittensor, D. P., Knight, S., Arnell, A. P., Blyth, S., Brooks, S., Butchart, S. H. M., Hutton, J., Jones, M. I., Kapos, V., Scharlemann, J. P. W., & Burgess, N. D., (2018). Present and future biodiversity risks from fossil fuel exploitation. Conserv. Lett, 11 (4), 1-13. https://doi.org/10.1111/conl.12448.
Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (IBAMA), (2019). Manchas de óleo no Nordeste.
Kanjilal, B., (2015). Enhanced marine oil spill response regime for Southern British Columbia, Canada. Aquatic Procedia, 3, 74-84. https://doi. org/10. 1016/j. aqpro. 2015. 02. 230
King, G. M., Kostka, J. E., Hazen, T. C., & Sobecky, P. A., (2015). Microbial responses to the Deepwater Horizon oil spill: from coastal wetlands to the deep sea. Annu. Rev. Mar. Sci. 7:377-401. http://dx. doi. org/10. 1146/annurev-marine-010814-015543
Kiruri, L. W., Dellinger, B., & Lomnicki, S., (2013). Tar balls from deep water horizon oil spill: environmentally persistent free radicals (EPFR) formation during crude weathering. Environ. Sci. Technol. 47, 4220-4226. http://dx. doi. org/10. 1021/es305157w
Lewan, M. D., Warden, A., Dias, R. F., Lowry, Z. K., Hannah, T. L., Lillis, P. G., Kokaly, R. F., Hoefen, T. M., Swayze, G. A., Mills, C. T., Harris, S. H., & Plumlee, G. S., (2014). Asphaltene content and composition as a measure of Deepwater Horizon oil spill losses within the first 80 days. Org. Geochem, 75, 54-60. https://doi. org/10. 1016/j. orggeochem. 2014. 06. 004
Liu, Z., & Liu, J., (2013). Evaluating bacterial community structures in oil collected from the sea surface and sediment in the northern Gulf of Mexico after the Deepwater Horizon oil spill. Microbiologyopen, 2, 492-504. http://dx. doi. org/10. 1002/mbo3. 89.
Liu, Z., Liu, J., Zhu, Q., & Wu, W., (2012). The weathering of oil after the Deepwater Horizon oil spill: insights from the chemical composition of the oil from the sea surface, salt marshes and sediments. Environ. Res. Lett, 7, 035302. http://dx. doi. org/10. 1088/1748-9326/7/3/035302.
Marques, W. C., Stringari, C. E., Kirinus, E. P., Möller, O. O., Toldo, Jr. E. E., & Andrade, Jr, M. M. (2017). Numerical modeling of the Tramandaí beach oil spill, Brazil-Case study for January 2012 event. Applied Ocean Research, 65, 178-191. https://doi.org/10.1016/j.apor.2017.04.007
McNutt, M. K., Camilli, R., Crone, T. J., Guthrie, G. D., Hsieh, P. A., Ryerson, T. B., Savas, O., & Shaffer, F., (2012). Review of flow rate estimates of the Deepwater Horizon oil spill. Proc. Natl. Acad. Sci, 109 (50), 20260-20267. https://doi.org/10.1073/pnas.1112139108
Meador, James P., & Nahrgang, J. Characterizing Crude Oil Toxicity to Early-Life Stage Fish Based On a Complex Mixture: Are We Making Unsupported Assumptions?, 2019. Environ. Sci. Technol, 53, 11080−11092. https://doi.org/10.1021/acs.est.9b02889.
Melbye, A. G., Brakstad, O. G., Hokstad, J. N., Gregersen, I. K., Hansen, B. H., Booth, A. M., Rowland, S. J., & Tollefsen, K. E. (2009) Chemical and toxicological characterization of an unresolved complex mixturerich biodegraded crude oil. Environ. Toxicol. Chem., 28 (9), 1815-1824. https://doi.org/10.1897/08-545.1
Nascimento, M. K. S., Loureiro, S., Souza, M. R. dos R., Alexandre, M. da R., & Nilin, J., (2020). Toxicity of a mixture of monoaromatic hydrocarbons (BTX) to a tropical marine microcrustacean. Mar. Pollut. Bull., 156, 111272. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2020.111272
Nissanka, I. D., & Yapa, P. D. (2018). Calculation of oil droplet size distribution in ocean oil spills: A review. Marine Pollution Bulletin, 135, 723-734. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2018.07.048.
Nilin, J., Santos, A. A. O., & Nascimento, M. K. S., (2019). Ecotoxicology assay for the evaluation of environmental water quality in a tropical urban estuary. An. Acad. Bras. Cienc. 91 (1), e20180232. https://doi.org/10.1590/0001-3765201820180232
Peters, K. E., Walters, C. C., & Moldowan, J. M., (2005). The Biomarker Guide, Biomarkers and Isotopes in Petroleum Exploration and Earth History, Cambrige University Press.
Reddy, C. M., Arey, J. S., Seewald, J. S., Sylva, S. P., Lemkau, K. L., Nelson, R. K., Carmichael, C. A., McIntyre, C. P., Fenwick, J., Ventura, G. T., Van Mooy, B. A. S., & Camilli, R., (2012). Composition and fate of gas and oil released to the water column during the Deepwater Horizon oil spill. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 109 (50):20229-20234. https://doi.org/10.1073/pnas.1101242108
Rekadwad, B., & Khobragade, C. N., (2015). A case study on effects of oil spills and tar-ball pollution on beaches of Goa (India). Mar. Pollut. Bull. 100 (1), 567-570. 10. 1016 / j. marpolbul. 2015. 08. 019.
Ruddy, B. M., Huettel, M., Kostka, J. E., Lobodin, V. V., Bythell, B. J., Mckenna, A. M., Aeppli, C., Reddy, C. M., Nelson, R. K., Marshall, A. G., & Rodgers, R. P., (2014). Targeted petroleomics: analytical investigation of Macondo well oil oxidation products from Pensacola Beach. Energy Fuel, 28, 4043-4050. http://dx.doi.org/10.1021/ef500427n.
Saeed, T., Ali, Lulwa N., Al-Bloushi, Amal, Al-Hashash, Huda, Al-Bahloul, Majed, Al-Khabbaz, Ahmad, & Ali, Sadika G. (2013). Photodegradation of Volatile Organic Compounds in the Water-Soluble Fraction of Kuwait Crude Oil in Seawater: Effect of Environmental Factors. Water Air and Soil Pollution, 224(6), 1-15. http://dx.doi.org/10.1007/s11270-013-1584-3
Saeed, T., Al-Mutairi, M., Ali, L. N., Al-Obaid, T., & Beg, M. U. (1998). The effect of temperature on the composition and relative toxicity of the water-soluble fraction of Kuwait crude oil (export) in seawater. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 73, 275-287. https://doi. org/10. 1080/03067319808035899
Sammarco, P. W., Kolian, S. R., Warby, R. A. F., Bouldin, J. L., Subra, W. A., & Porter, S. A. (2013) Distribution and concentrations of petroleum hydrocarbons associated with the BP/Deepwater Horizon oil spill, Gulf of Mexico. Mar. Pollut. Bull., 73 (1), 129-143. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul. 2013.05.029
Stout, S. A., Payne, J. R., Emsbo-mattingly, S. D., & Baker, G. (2016). Weathering of field-collected floating and stranded Macondo oils during and shortly after the Deepwater Horizon oil spill. Mar. Pollut. Bull, 105 (1), 7-22. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.02.044
Stout, S. A., & Wang, Z., (2007). Chemical fingerprinting of spilled or discharged petroleum-methods and factors affecting petroleum fingerprints in the environment. Oil Spill Environmental Forensics 1, 1-53. https://doi.org/10.1016/B978-012369523-9.50005-7
Tournadre, J., (2014). Anthropogenic pressure on the open ocean: the growth of ship trafficrevealed by altimeter data analysis. Geophys. Res. Lett., 41, 7924-7932. https://doi.org/10.1002/2014GL061786
Turner, R. E., Overton, E. B., Meyer, B. M., Miles, M. S., & Hooper-Bui, L. (2014). Changes in the concentration and relative abundance of alkanes and PAHs from the Deepwater Horizon oiling of coastal marshes. Mar. Pollut. Bull. 86 (1-2), 291-297. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2014.07.003
USEPA, United States Environmental Protection Agency. "Method 5021A (SW-846):Volatile Organic Compounds in Various Sample Matrices Using Equilibrium Headspace Analysis. Revision 2, July 2014. Washington, DC.
USEPA, United States Environmental Protection Agency. "Method 8260B (SW-846): Volatile Organic Compounds by Gas Chromatography / Mass Spectrometry (GC / MS)," Revision 2, December 1996. Washington, DC.
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2021 Raoni Batista dos Anjos; Wanessa Paulino Neves Silva; Alexsandra Rodrigues da Silva; Guilherme Fulgêncio de Medeiros; Aldo Aloísio Dantas da Silva; Sergio Ricardo da Silveira Barros; Edvaldo Vasconcelos de Carvalho Filho
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
Los autores que publican en esta revista concuerdan con los siguientes términos:
1) Los autores mantienen los derechos de autor y conceden a la revista el derecho de primera publicación, con el trabajo simultáneamente licenciado bajo la Licencia Creative Commons Attribution que permite el compartir el trabajo con reconocimiento de la autoría y publicación inicial en esta revista.
2) Los autores tienen autorización para asumir contratos adicionales por separado, para distribución no exclusiva de la versión del trabajo publicada en esta revista (por ejemplo, publicar en repositorio institucional o como capítulo de libro), con reconocimiento de autoría y publicación inicial en esta revista.
3) Los autores tienen permiso y son estimulados a publicar y distribuir su trabajo en línea (por ejemplo, en repositorios institucionales o en su página personal) a cualquier punto antes o durante el proceso editorial, ya que esto puede generar cambios productivos, así como aumentar el impacto y la cita del trabajo publicado.
