The Use of Semipermeable Membrane Devices to Concentrate Chemicals in Oil Refinery Effluent on the Mackenzie River

• Published in: ARCTIC
• Main Authors: Parrott, Joanne L., Backus, Sean M., Borgmann, Anne I., Swyripa, Murray
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: The Arctic Institute of North America 1999
• Subjects: semipermeable membrane devices (SPMDs); mixed function oxygenase (MFO); Ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD); oil refinery effluent; Mackenzie River; Norman Wells; cell line; PLHC-1; polyaromatic hydrocarbons (PAHs); équipement à membrane semi-perméable; oxygénase à fonction mixte (OFM); éthoxyrésorufine-O-déséthylase (EROD); effluents du raffinage du pétrole; fleuve Mackenzie; lignée cellulaire; HCPL-1; hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP); Canada; Fleuve Mackenzie; Northwest Territories; Arctic; Mackenzie river; Territoires du Nord-Ouest
• Online Access: https://journalhosting.ucalgary.ca/index.php/arctic/article/view/63973

To concentrate natural and refinery-derived inducers of mixed function oxygenase (MFO), semipermeable membrane devices (SPMDs) were deployed for 11-12 days in Norman Wells refinery effluent and upstream and downstream on the Mackenzie River, Northwest Territories, Canada. SPMDs, which are layflat polyethylene membrane tubes containing a thin film of purified triolein, absorb freely dissolved neutral organic chemicals that diffuse through the polyethylene membrane. Fish liver cells (Poeciliopsis lucida hepatoma; PLHC-1) were dosed with SPMD extracts; then MFO activity was determined. SPMDs from the effluent contained potent MFO inducers, equivalent to 4830-8700 pg 2, 3, 7, 8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD)/g SPMD. SPMDs from the site 0.5 km downstream of the refinery outfall also induced MFO, but downstream extracts were about 1/40 as potent as those from effluent-exposed SPMDs. Comparing sites on the Mackenzie River, extracts of SPMDs from downstream of the refinery outfall were over 20 times as potent as those from upstream SPMDs. Polyaromatic hydrocarbons (PAHs) and C1- to C3-substituted PAHs were abundant in extracts of SPMDs from the effluent and, to a lesser degree, in extracts of SPMDs from 0.5 km downstream. In effluent-exposed and downstream SPMDs, concentrations of parent PAHs were lower than those of C1-substituted PAHs. The highest concentrations were those of C2- and C3-substituted PAHs. It is unknown which compounds in the SPMDs caused the MFO induction, but there was a very strong correlation between the concentration of total C3-phenanthrene/anthracene in the SPMD extracts and MFO-induction potency. The study shows both the use of SPMDs as concentrators of neutral organic compounds in harsh environments (such as high temperature effluents and fast-flowing rivers) and the utility and sensitivity of the fish liver cell line for ranking MFO-inducing potencies of environmental SPMD extracts. Afin de concentrer les inducteurs naturels et dérivés de raffinerie de l'oxygénase à fonction mixte (OFM), on a déployé de l'équipement à membrane semi-perméable pendant une durée de 11 à 12 jours dans les effluents de l'usine de raffinage de Norman Wells, de même qu'en amont et en aval dans les eaux du Mackenzie (Territoires du Nord-Ouest, Canada). Ces systèmes, formés de tubes de membrane en polyéthylène aplatis contenant une mince pellicule de trioléine purifiée, absorbent abondamment les produits chimiques organiques neutres en solution qui se diffusent dans toute la membrane de polyéthylène. On a mis des extraits de cette membrane en contact avec des cellules de foie de poisson (hépatocarcinome de Poeciliopsis lucida; HCPL-1), puis on a déterminé l'activité de l'OFM. Les membranes provenant des effluents contenaient de puissants inducteurs d'OFM, équivalents à 4830-8700 pg de tétrachlorodibenzodioxine-p 2,3,7,8 (TCDD)/g de membrane. Les membranes provenant du lieu situé à 0,5 km en aval du déversoir étaient aussi des inducteurs d'OFM, mais environ quarante fois moins puissants que ceux provenant des membranes exposées directement aux effluents. En comparant les sites sur le Mackenzie, les extraits des membranes situées en aval du déversoir de la raffinerie étaient environ 20 fois plus puissants que ceux des membranes situées en amont. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et les HAP de remplacement de formule C1 à C3 se trouvaient en abondance dans les extraits de membrane provenant des effluents et, à un degré moindre, dans les extraits de membrane provenant du lieu situé à 0,5 km en aval. Dans les membranes exposées aux effluents et aux eaux situées en aval, les concentrations des HAP mères étaient inférieures à celles des HAP de remplacement de formule C1. Les concentrations les plus fortes étaient celles des HAP de remplacement de formule C2 et C3. On ne sait pas quels composés présents dans les membranes ont causé l'induction de l'OFM, mais il existait une très forte corrélation entre la concentration totale de phénanthrène/anthracène dans les extraits de membrane et la puissance d'induction de l'OFM. L'étude démontre à la fois l'utilisation des membranes comme concentrateurs des composés organiques neutres dans un environnement difficile (tel celui d'effluents à haute température et de cours d'eau rapides) ainsi que l'utilité et la sensibilité de la lignée cellulaire de foie de poisson pour classer les extraits de membrane environnementale selon leur puissance d'induction de l'OFM.