海洋石油污染及其防治
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浙工大化材
摘 要:石油是海洋环境的主要污染物,已对海洋及近岸环境造成严重的危害。文章概述了海洋石油污染的原因、危害以及生物修复技术等内容。最后,主要介绍了生物修复技术。 关键词:海洋 石油污染 海洋微生物 生物修复技术
海洋占了地球表面积的71% ,在人类发展中占有非常重要的位置。现今,随着人类开发资源的加剧,海洋也受到了严重的污染，而石油污染表现得尤为突出。20 世纪90 年代以来，生物修复技术在石油污染治理方面逐渐成为核心，取得了理论突破和重要成果[1]。生物修复即指生物催化降解环境污染物，减少或最终消除环境污染的受控或自发过程。
1 海洋石油污染的原因
海洋石油污染按石油输入类型,可分为突发性输入和慢性长期输入。突发性输入包括油轮事故和海上石油开采的泄漏与井喷事故,而慢性长期输入则有港口和船舶的作业含油污水放天然海底渗漏、含油沉积岩遭侵蚀后渗出、工业民用废水排放、含油废气沉降等[ 2 ] 。而造成污染的原因主要体现在:石油的海上运输频繁使海上溢油事故发生几率增大;港口装卸油作业频繁,存在溢漏油的隐患;油轮的大型化增添了发生重大海上溢油事故的可能性,提高了溢油处理的难度;海上油田石油勘探开发中的泄漏和采油废水排放等。除外，清理石油污染的化学物质还可能造成二次污染。
而由于海洋石油污染的特点——污染源广、影响范围大、危害深远、控制复杂、治理难度大，使得海洋石油污染的治理具有一定的难度。
2 海洋石油污染的危害
石油污染对海洋环境的现时和长期影响：（1）生态危害，使整个海岸环境退化；（2）工农业生产危害；（3）海滨娱乐场所危害。
2.1 生态危害
(1)影响海气交换:油膜覆盖于海面,阻断O
2、CO2 等气体的交换。O2 的交换被阻碍导致海洋中的O2 被消耗后无法由大气中补充, CO2 交换被阻首先破坏了海洋中CO2平衡,妨碍海洋从中吸收CO2 形成HCO3 -、CO3 2-盐缓冲海洋pH值的功能,从而,破坏了海洋中溶解气体的循环平衡。
(2)影响光合使用:油阻碍阳光射入海洋,使水温下降,破坏了海洋中O
2、CO2 的平衡,这也就破坏了光合作用的客观条件。同时,分散和乳化油侵入海洋植物体内,破坏叶绿素,阻碍细胞正常分裂,堵塞植物呼吸孔道,进而破坏光合作用的主体。
(3)消耗海水中溶解氧:石油的降解大量消耗水体中的氧,然而海水复氧的主要途径大气溶氧又被油膜阻碍,直接导致海水的缺氧。
(4)毒化作用:石油中所含的稠环芳香烃对生物体呈剧毒,且毒性明显与芳环的数目和烷基化程度有关。首先大分子化合物的绝对毒性很高,而在水中,低分子类由于具有很强的水溶性和后续的很大生物可利用率,也表现出剧烈毒性影响。烃类经过生物富集和食物链传递能进一步加剧危害。有证据表明,烃类有致突变和致癌作用,而慢性石油污染的生态学危害更难以评估。
(5)全球温室效应:考虑到大洋是大气中CO2的汇,石油污染必将加剧温室效应,也可能促使厄尔尼诺现象的频繁发生,从而间接加重“全球问题”。
(6)破坏滨海湿地:石油开发等人为活动导致中国滨海湿地丧失严重。据初步估算[ 3 ] ,中国累计丧失滨海湿地面积约219万公顷,占滨海湿地总面积的50%。
2.2 工农业生产危害
(1)由于石油污染抑制光合作用,降低溶解氧含量,破坏生物生理机能,海洋渔业资源正逐步衰退。
(2)海洋中的石油易附着在渔船网具上,加大清洗难度,降低网具效率,增加捕捞成本,造成巨大经济损失。
（3）对海滩晒盐厂,受污海水无疑难以使用,对于海水淡化厂和其他需要以海水为原料的企业。受污海水必然大幅增加生产成本。
2.3 海滨娱乐场所危害
(1)石油污染刺激赤潮的发生。据研究,在石油污染严重的海区,赤潮的发生概率增加,虽然赤潮发生机理尚无定论,但应考虑石油烃类在其中的作用。这严重妨碍了海滨娱乐。
(2)海洋石油极易贴岸而玷污海滩等极具吸引力的海滨娱乐场所影响滨海城市形象。
3 海洋石油污染的防治方法及对策
目前国际上通行的治理及回收石油的技术、方法大概分以下几类[ 4 ] : ⑴物理处理法:使用清污船及附属回收装置、围油栏、吸油材料及磁性分离等; ⑵化学处理法:燃烧、使用化学处理剂(如乳化分散剂、凝油剂、集油剂、沉降剂)等; ⑶生物处理法:人工选择、培育,甚至改良这些噬油微生物,然后将其投放到受污海域,进行人工石油烃类生物降解。
其中,生物降解法的优点在于迅速、无残毒、低成本,是目前研究的重点。微生物降解石油烃的速率主要与微生物种类、数量及其介质的温度,石油组分的性质和分散的程度有关,分散程度大,降解的速率也大。
3.1生物修复中的主要影响因素 3.1,1石油的理化性质
石油烃生物降解的程度取决于油的化学组成、微生物的种类和数量以及环境参数。石油在海水中存在的物理形式极大影响了石油的生物降解。液态芳烃在水—烃界面能被细菌代谢，但固态时很难被利用。石油化学组分不同也明显影响其被降解的速率。在各组份中，饱和烃最容易降解，其次是低分子芳香族烃类化合物，高分子芳香族烃类化合物、树脂和沥青质则极难降解。不同烃类化合物的降解率是：正烷烃＞支链烷烃＞低分子芳香烃＞多环芳烃。石油烃类化合物成分的差异直接影响生物降解速率，低硫、高饱和烃的粗油最易降解，高硫、高芳香烃类化合物的纯油很难降解[3]。
3,1.2 微生物种类
石油降解微生物的种类和数量对海洋石油烃的降解有明显影响。不同微生物种类对石油烃的降解能力差别较大，同一菌株对不同烃类的利用能力差别也较大，混合培养的微生物对石油烃的降解比纯培养快。石油污染能够诱导降解石油的微生物种群生长，未受石油污染地区的石油降解菌不到 1 ％，但受污染地区石油降解菌比例和数量明显上升，说明石油污染能富集石油降解菌。
3．2 环境参数 3.2.1 温度
温度影响烃类的降解速率。一是温度直接影响细菌的生长、繁殖和代谢；二是温度能影响石油在海洋中的理化性质。提高温度，促进了石油中一些细菌对有害烃类的挥发，也增加了石油的乳化程度，有利于对油类的降解。
3.2．2 营养盐
在降解过程中，由于石油含有微生物能利用的大量碳源，海水和海滩中有足够的微量元素，所以氮和磷成为主要的限制因子。
3.2.3 氧
一些实验证明在厌氧条件下微生物能降解烃类，但在大多数情况下，厌氧时烃类的生物降解作用比好氧条件下慢得多[6]。石油中各组分完全生物氧化需消耗大量的氧。据测算 1 g石油被微生物矿化需 3 ～ 4 g 氧。所以在石油严重污染的海域，氧可成为石油降解的限制因子。
3.2.4 陆源污染物
美国 Brittany 海岸石油泄漏研究发现，该地区石油烃的生物降解速度比其他地区快，原因是大量农用氮肥和磷肥进入该海域，为降解微生物提供了丰富的营养物质[5]。农药则对河口环境中微生物降解石油有抑制作用。
3.3 海洋石油污染的生物修复技术
20世纪80年代末美国，ExxonVadez油轮石油泄露的生物修复项目中,短时间内清除污染,治理了环境,是生物修复成功应用的开端,同时也开创了生物修复在治理海洋污染中的应用[ 7-9 ] 。
受污染的海面和海滩通常可采用 3 种方式进行修复：(1)投加表面活性剂，增加石油与海水中微生物的接触面积；(2)投加高效降解石油的微生物，增加微生物的种群数量；(3)投加氮、磷等营养源，促进土著微生物对石油的降解[1]。由于表面活性剂可能具有毒性并在环境中积累；引入高效降解菌不能对土著微生物保持长久竞争优势，同时会引起相应的生态和社会问题，不同学者对是否应投入高效微生物及其是否在生物修复中起作用意见不一，因此对投加营养盐进行石油污染海洋环境生物修复研究相对较多。目前主要有3种形式：(1)缓释型。该类营养盐具有合适的释放速率，通过海潮可缓慢释放营养物质。(2)亲油型。亲油肥料可使营养盐“溶解”到油中，在油相中螯合的营养盐可以促进细菌在表面生长。(3)水溶型。该类产品会被海水溶解，可以解决下层水体及沉积物的污染问题。
4 结语
海洋石油污染物的微生物降解是一个复杂的过程,受石油组分与理化性质、环境条件以及微生物群落组成等多方面因素的制约,N和P营养的缺乏是海洋石油污染物生物降解的主要限制因子。在海洋石油污染物生物降解基础上发展起来的生物修复技术,在海洋石油污染治理中发展潜力巨大,并且已经取得了一系列成果,引起了众多学者的关注。 但目前仍然存在一些问题，针对生物修复技术主要以供氧和施加营养物为主，缺乏与其他几种技术的交叉和融合；生物修复技术对某些污染物质的讲解特性、在环境中的适应性以及成本效益等因素尚没有研究清楚，这些都导致生物修复技术效率低，见效慢,受理化及环境因子影响较大,前期研究困难且费用昂贵,毒性和安全性问题等。
本文认为以微生物降解为基础,配合使用不会影响生物生长、繁殖的化学处理剂,将更好的处理海洋中的石油,这些都应是今后需要深入研究和改进的地方。
参考文献
[1] 沈德中.污染环境的生物修复[M].北 京:中 国石化出版社.2003
[2] 陈建秋.中国近海石油污染现状、影响和防治[ J ].节能与环保, 2002.[ 3 ]国家环保总局信息中心,国家海洋局.2002年中国海洋环境质量公报[R ].2003.[ 4 ]李言涛.海上溢油的处理与回收[ J ].海洋湖沼通报, 1996 [5] 宋志文，夏文香，曹军.海洋石油污染物的微生物降解与生物修复[J].生态学.2004.[6] 易绍金，佘跃惠.石油与环境微生物技术[M].北京: 中国石化出版社.2002 [7 ]Bragg JR.Effectivene of biodegradation for the exx2on valdez oil sp ill[ J ].Nature, 1994 [ 8 ]Oh YS.Effects of nutrients on crude oil biodegradationin the upper intertidal zone [ J ].Mar.Pollut.Bull, 2001 [ 9] Prichard pH, CostaCF.EPAps Alaska oil spill biore2mediation p roject[ J ].Environ.Sci.Technol, 1991。
