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海洋石油污染研究现状及防治

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海洋 石油 污染 研究 现状 防治
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© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net第 32卷 第 9期2007年 9月环 境 科 学 与 管 理ENV IRO NM ENTAL SC IENCE AND M ANAGEM ENTVol132 No19Sep. 2007收 稿 日 期 : 2007 - 04 - 23作 者 简 介 :方 曦 (1983 - ) ,男 ,四 川 省 成 都 市 人 ,四 川 省 西 南 石 油 大 学2005级 在 读 硕 士 研 究 生 ,研 究 方 向 为 环 境 废 水 处 理 及 处 理剂 研 制 。文 章 编 号 : 1673 - 1212 (2007) 09 - 0078 - 03海 洋 石 油 污 染 研 究 现 状 及 防 治方 曦 ,杨 文(西 南 石 油 大 学 化 学 化 工 学 院 , 四 川 成 都 610500)摘   要 :石 油 是 海 洋 环 境 的 主 要 污 染 物 ,已 经 对 海 洋 及 近 岸 环 境 造 成 了 严 重 的 危 害 。 文 章 概 述 了 海 洋 石 油 污 染的 原 因 、 危 害 、 微 生 物 降 解 机 理 以 及 生 物 修 复 技 术 等 内 容 ,提 出 了 微 生 物 降 解 是 海 洋 石 油 污 染 去 除 的 主 要 途 径 。最 后 ,提 出 以 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 石 油 污 染 。关 键 词 :海 洋 ;石 油 污 染 ;海 洋 微 生 物中 图 分 类 号 : X55 文 献 标 识 码 : AThe Current Status of Petroleum Pollution of the Ocean and the PreventionFang Xi, Yang W en( School of Chem istry and Chem ical Engineering of Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China)Abstract: Petroleum is the main contam inant in seawater, which has severely damaged sea and beach environments. This ar2ticle mainly analysis the reasons of the petroleum pollution, the damage of the petroleum pollution, the degradation mechanism bym icroorganism s and the bioremediation, then put forward that m icrobial degradation of petroleum contam inants is considered as tobe the major decomposition p rocess for decomposing petroleum contam inants in seawater. A t last, the article suggests that on thefoundation of bioremediation, the ocean petroleum pollution will be better treated by using some treatment additives together,which won’ t work on the growth and rep roducing of the organism s.Key words:ocean; petroleum pollution; marine m icroorganism s海 洋 占 了 地 球 表 面 积 的 71% ,在 人 类 社 会 发 展史 中 占 有 非 常 重 要 的 位 置 ,为 人 们 提 供 了 丰 富 的 生产 资 源 、 生 活 资 源 、 空 间 资 源 。 而 如 今 ,随 着 人 类 开发 地 球 资 源 的 加 剧 ,海 洋 也 受 到 了 严 重 的 污 染 。 在众 多 的 污 染 中 ,石 油 污 染 表 现 得 尤 为 突 出 。1  海 洋 石 油 污 染 现 状1. 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 排 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 [ 1 ]。 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 。1. 2  海 洋 石 油 污 染 的 危 害1. 2. 1  生 态 危 害(1)影 响 海 气 交 换 :油 膜 覆 盖 于 海 面 ,阻 断 O2、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 大 气 中 吸 收CO2 形 成 HCO -3 、 CO2 -3 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 O2、 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 。·87·© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net第 32卷 第 9期2007年 9月 方 曦 等 · 海 洋 石 油 污 染 研 究 现 状 及 防 治Vol132 No19Sep. 2007(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 [ 2 ] ,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%。1. 2. 2  社 会 危 害(1)石 油 污 染 对 渔 业 的 危 害 :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)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 。(3)石 油 污 染 对 工 农 业 生 产 的 影 响 :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 。 而 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 。(4)石 油 污 染 对 旅 游 业 的 影 响 :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 。2  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 [ 3 ] :⑴ 物 理 处 理 法 :如 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 :如 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 的 种 类 和 数 量 及 其 介 质 的 温 度 有关 ,还 与 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 。2. 1  海 洋 中 降 解 石 油 烃 的 微 生 物 种 类 与 分 布 特 点2. 1. 1  海 洋 中 降 解 石 油 烃 的 微 生 物 种 类国 外 在 20世 纪 40年 代 就 开 展 了 细 菌 降 解 油 污的 研 究 [ 4 - 6 ] ,中 国 这 方 面 的 研 究 始 于 20世 纪 70年代 末 期 。 研 究 表 明 ,在 海 洋 中 存 在 着 大 量 能 够 降 解石 油 的 微 生 物 ,它 们 的 种 类 组 成 和 土 壤 、 淡 水 中 降 解石 油 微 生 物 有 很 大 不 同 。据 报 道 能 够 降 解 海 洋 石 油 污 染 物 的 微 生 物 有200多 种 ,分 属 于 70个 属 ,其 中 细 菌 40个 属 [ 7 ]。2. 1. 2  海 洋 中 降 解 石 油 烃 微 生 物 的 分 布 特 点海 洋 中 石 油 降 解 微 生 物 的 分 布 特 点 为 近 海 、 海湾 等 石 油 污 染 严 重 的 地 区 ,石 油 降 解 微 生 物 的 数 量亦 多 。 在 远 洋 ,石 油 降 解 微 生 物 的 数 量 和 石 油 的 多少 无 关 ,而 与 细 菌 数 量 多 少 有 关 ,即 海 水 中 养 分 多 则细 菌 数 量 多 ,相 应 地 石 油 降 解 微 生 物 也 多 。 因 此 在外 洋 由 于 营 养 贫 乏 ,石 油 降 解 微 生 物 很 少 ,一 旦 受 到污 染 ,不 容 易 很 快 消 除 ,后 果 较 为 严 重 。 降 解 石 油 烃微 生 物 通 常 生 长 在 油 水 界 面 上 ,而 不 是 油 液 中 。2. 2  石 油 烃 微 生 物 降 解 机 理石 油 是 链 烷 烃 、 环 烷 烃 、 芳 香 烃 以 及 少 量 非 烃 化合 物 的 复 杂 混 合 物 。 烷 烃 的 代 谢 机 理 是 脱 氢 作 用 、羟 化 作 用 和 氢 过 氧 化 作 用 。 通 常 正 烷 烃 的 生 物 降 解是 由 氧 化 酶 系 统 酶 促 进 行 的 ,也 可 以 直 接 脱 氢 形 成烯 ,烯 再 进 一 步 氧 化 成 醇 、 醛 ,最 后 形 成 脂 肪 酸 ;或 链烷 烃 氧 化 成 为 一 种 烷 基 过 氧 化 氢 ,然 后 直 接 转 化 成脂 肪 酸 。 有 的 微 生 物 还 可 以 通 过 亚 末 端 氧 化 ,形 成仲 醇 ,再 依 次 氧 化 成 酮 、 酯 ,酯 水 解 形 成 伯 醇 和 脂 肪酸 ,再 进 一 步 氧 化 分 解 。 一 些 微 生 物 能 将 烯 烃 代 谢为 不 饱 和 脂 肪 酸 并 产 生 某 些 双 键 的 位 移 或 产 生 甲 基化 ,形 成 带 支 链 的 脂 肪 酸 ,再 进 行 降 解 [ 8 ]。环 烷 烃 在 石 油 馏 分 中 占 有 较 大 比 例 ,是 石 油 烃中 难 于 受 到 微 生 物 攻 击 的 烃 类 。 环 烷 烃 没 有 末 端 甲基 ,它 的 生 物 降 解 原 理 和 链 烷 烃 的 亚 末 端 氧 化 相 似 ,混 合 功 能 氧 化 酶 氧 化 产 生 环 烷 醇 ,然 后 脱 氢 形 成 酮 ,进 一 步 氧 化 得 内 酯 ,或 直 接 开 环 ,生 成 脂 肪 酸 。苯 与 短 链 烷 基 苯 在 脱 氢 酶 及 氧 化 还 原 酶 的 作 用下 ,经 二 醇 的 中 间 过 程 代 谢 成 邻 苯 二 酚 和 取 代 基 邻苯 二 酚 ,后 者 可 在 邻 位 或 间 位 处 断 裂 ,形 成 羧 酸 。多 环 芳 烃 在 原 油 中 的 含 量 虽 然 只 占 0. 1%左右 ,但 由 于 其 潜 在 毒 性 、 致 癌 性 及 致 畸 诱 变 作 用 ,因此 它 们 在 环 境 中 的 行 为 和 归 宿 不 容 忽 视 。 多 环 芳 烃的 降 解 首 先 通 过 微 生 物 产 生 的 加 氧 酶 ,进 行 定 位 氧化 反 应 。 真 菌 产 生 单 加 氧 酶 ,加 氧 原 子 到 苯 环 上 ,形·97·© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net第 32卷 第 9期2007年 9月 方 曦 等 · 海 洋 石 油 污 染 研 究 现 状 及 防 治Vol132 No19Sep. 2007成 环 氧 化 物 ,然 后 ,加 入 H2 O 产 生 反 式 二 醇 和 酚 。细 菌 产 生 双 加 氧 酶 ,加 双 氧 原 子 到 苯 环 上 ,形 成 过 氧化 物 ,然 后 氧 化 成 顺 式 二 醇 ,脱 氢 产 生 酚 。 代 谢 产 生的 物 质 一 方 面 可 以 被 微 生 物 利 用 合 成 细 胞 成 分 ,一方 面 也 可 以 氧 化 成 CO2 和 H2 O[ 9 ]。2. 3  海 洋 石 油 污 染 的 生 物 修 复 技 术20世 纪 80年 代 末 美 国 在 ExxonVadez油 轮 石 油泄 露 的 生 物 修 复 项 目 中 ,短 时 间 内 清 除 了 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 [ 10 - 12 ]。石 油 污 染 的 海 面 和 海 滩 通 常 可 采 用 以 下 3种 方式 进 行 生 物 修 复 :投 加 表 面 活 性 剂 ,增 加 石 油 与 海 水中 微 生 物 的 接 触 面 积 ;投 加 高 效 降 解 石 油 的 微 生 物 ,增 加 微 生 物 的 种 群 数 量 ;投 加 N、 P等 营 养 源 ,促 进土 著 微 生 物 对 石 油 的 降 解 。 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 的 竞 争 优 势 ,同 时 也 会 引 起 相 应的 生 态 和 社 会 问 题 ,不 同 学 者 对 是 否 应 该 投 入 高 效微 生 物 以 及 高 效 微 生 物 是 否 在 生 物 修 复 中 起 作 用 意见 不 一 、 分 歧 较 大 ,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 [ 11, 13 - 14 ]。目 前 ,国 外 开 发 的 营 养 盐 主 要 有 3种 形 式 [ 15 ] :⑴ 缓 释 型 。 该 类 型 营 养 盐 具 有 合 适 的 释 放 速率 ,通 过 海 潮 可 以 将 营 养 物 质 缓 慢 地 释 放 出 来 。⑵ 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 。⑶ 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 。3  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 ,如 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 ]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, 30: 15 - 17.[ 2 ]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.[ 3 ]李 言 涛 . 海 上 溢 油 的 处 理 与 回 收 [ J ]. 海 洋 湖 沼 通报 , 1996 (1) : 73 - 83.[ 4 ]李 永 祺 ,丁 美 丽 . 海 洋 污 染 生 物 学 [M ]. 北 京 :海 洋出 版 社 , 1991.[ 5 ]A tlas RM , Bartha R. 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B ioremediation of experiment oil sp ill onthe shoreline of Delaware bay [ J ]. Environ. Sci. Technol, 1996,30 (5) : 1764 - 1775.[ 14 ]李 进 道 ,丁 美 丽 ,陈 德 辉 ,等 . 用 长 效 肥 料 提 高 微 生物 分 解 海 面 油 膜 试 验 [ J ]. 青 岛 海 洋 大 学 学 报 , 1990, 20 ( 3) :84 - 89.[ 15 ]沈 德 中 . 污 染 环 境 的 生 物 修 复 [M ]. 北 京 :化 学 工 业出 版 社 , 2002.·08·
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