油田区域甲基硅氧烷的污染源解析及其在土壤和水体中的迁移转化研究

Due to their potential ecological and human health risk, methyl siloxanes as emerging contaminants have attracted increasing attention. Recently, methyl siloxanes have been widely used in oil exploitation as displacement agent, demulsifter, and defoamer, etc. However, to the best of our knowledge, there is lack of research on environmental occurrence and fate of methyl siloxanes in oilfield. In this project, we will analyze the emission pathways, emission fluxes, and emission factors of methyl siloxanes during oil exploitation and oilfield wastewater treatment in Daqing and Shengli oilfield; investigate their occurrences in aquatic, terrestrial, and atmospheric compartments, analyze their bioaccumulation and bio-magnification, and evaluate their ecological risks; investigate their vertical and horizontal migration in shallow soil-groundwater system; analyze their removal mechanism in oilfield wastewater treatment process, which would focus their potential chlorination process. The current project will provide a preliminary understanding of environmental behavior and potential risks of methyl siloxanes in oil field, and contribute to establishing potential control and abatement strategies in oil exploitation.

由于潜在的生态风险和人类健康效应，甲基硅氧烷的环境行为研究近年来引起了科研工作者的关注。甲基硅氧烷在石油开采中作为驱油剂、破乳剂、消泡剂等广泛使用，但有关其对油田周边环境的影响缺少研究。本项目拟以大庆和胜利油田为研究对象，解析采油过程和采油污水处理过程中甲基硅氧烷向周边环境排放的主要途径，计算排放通量和排放因子；调查油田区域环境及生物样本中甲基硅氧烷的污染特征，追踪其在大气、土壤和地表水体中的迁移行为，分析其生物累积及放大效应，评价其生态风险及健康影响；研究甲基硅氧烷在油田浅层土壤-地下水体系中的垂直和水平迁移行为，分析油田特征污染物（如石油烃等）对上述行为的影响；研究甲基硅氧烷在采油污水处理工艺中的去除机制，重点分析其可能的氯代反应过程。项目的完成将有助于初步了解甲基硅氧烷在油田区域的环境行为以及潜在的环境风险，为石油开采中此类化合物未来可能的控制和消减策略提供科学依据。

近年来，甲基硅氧烷作为驱油剂，破乳剂，消泡剂等广泛应用于石油开采过程中。我们研究了甲基硅氧烷在油田水环境，陆地环境以及大气环境中的分布与赋存情况，并探究了甲基硅氧烷的生物累积效应。在胜利油田油泥样品和大庆油田采油废水样品中，均检出较高浓度的环型甲基硅氧烷（D4-D6）以及线型甲基硅氧烷（L3-L16）。我们发现，原油开采可导致部分甲基硅氧烷释放到水生环境和陆生环境中。在胜利油田石油烃污染的土壤中，环型甲基硅氧烷的浓度以平均每年13.4%的比例增加。结合室内模拟试验，我们发现，石油烃的存在可以减缓环型甲基硅氧烷在土壤中的降解，挥发以及重排的速度。在东营石油工业园区采集的土壤和大气样品中，环型甲基硅氧烷（D4-D6）和线型甲基硅氧烷(L4-L16)浓度均高于园区外的土壤和大气样品。同时，在园区内一条河中我们采集了部分鱼类样品，结果发现，D4-D6具有明显地生物累积效应，其生物累积因子（BAF）为5054-9334。此外，我们利用Q-TOF GC/MS技术在胜利油田水环境样品中检测到了氯代甲基硅氧烷。在污水处理流程中，35.7-74.1% 的氯代甲基硅氧烷通过吸附在底泥中去除，而7.19-32.5% 的氯代甲基硅氧烷则通过水解过程去除，其水解半衰期均低于它们的非氯代同类物。