海洋石油污染现状及生物修复研究

1、海洋石油污染现状及生物修复研究摘要:简述了石油污染的来源和现状及主要危害。对生物修复的概念、类型进行详细的介绍,讨论了生物修复过程中的影响因素及恢复对策。提出了对当前和今后研究的一些建议。关键词:海洋石油污染危害生物修复1 引言石油污染是与石油的发现和使用伴随而生的。目前,石油约占世界能源总量的42%(IEA1998。石油及其产品的广泛应用,对环境产生了严重影响。据统计每年倾注到海洋的石油总量在2001000万吨之间1。随着我国石油工业的发展,受石油污染的海洋面积不断扩大,污染程度也日益严重。在我国油污染也非常严重,全国每年直接排入近海的石油约10余万吨,仅渔业损失每年就达数亿元。据全国海洋环

2、境监测网监测,我国近海油类含量超过一二类海水水质标准的海域面积已达到5.6万平方公里2。由于石油的主要成分有烷烃、苯、甲苯、二甲苯等多种复杂芳香烃,这些物质毒性大,有的有致癌致突变作用,难以去除,而且会随着径流进入周围的流域和地下水,从而给油田及周围的生态环境带来了严重的环境问题。石油污染的生物修复技术由于生产费用低、不产生二次污染而被视为一项具有广阔前景的高新技术3。2 海洋石油污染的来源海洋水体油污染主要来源于海底溢油、海上石油生产、海洋运输、大气输送、城市污染水排放等。其中自然来源约占92%,人类活动来源约占8%。而对环境影响最严重的是人类活动造成的突发性溢油事故4。据联合国有关组织统计

3、,每年海上油井井喷事故和油轮事故造成的溢油高达2.2×107t。大量石油瞬间溢出进入海洋环境,通过扩散、漂移等作用可对海洋生态环境以及社会造成严重破坏。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

4、中的泄漏和采油废水排放等3。3 海洋石油污染的危害石油污染物进入海洋环境后,会造成多方面的危害,主要体现在以下几个方面5:对人类健康的影响石油成品油中燃料油类对人体健康的危害有麻醉和窒息、化学性肺炎、皮炎等。如汽油为麻醉性毒物,急性中毒可引起中枢神经系统和呼吸系统损害;而在短期内吸入大量柴油雾滴可导致化学性肺炎。石油进入到海洋后,还可以通过食物链最终在人体内富集,从而对人体健康造成严重危害。对水生生物的影响石油污染物进入海洋环境会对水生生物的生长、繁殖以及整个生态系统发生巨大的影响。污染物中的毒性化合物可以改变细胞活性,使藻类等浮游生物急性中毒死亡。当海洋中石油浓度在10-410-3mg/L时

5、,可以对鱼卵和鱼类的早期发育产生影响。而石油的涂敷作用会导致大量的鸟类死亡,如Exxon公司的Valdez号沉船事故在4个月里造成多达30000只的海鸟死亡。石油中的重质组分沉入海底,还会对底栖生物造成危害。对渔业的影响石油污染能够抑制光合作用,降低海水中O2的含量,破坏生物的正常生理机能,使渔业资源逐步衰退。在被污染的水域,其恶劣水质使养殖对象大量死亡。存活下来的也因含有石油污染物而有异味,导致无法食用。资料表明鱼类和贝类在含油量为0.01mg/L的海水中生活24h即可带有油味,如果浓度上升为0.1mg/L,23h就可以使之带有异味。对旅游业的影响受洋流和海浪的影响,海洋中的石油极易聚积于岸

6、边,使海滩受到污染,破坏旅游资源。如2002年巴拿马籍油轮“威望号”的搁浅漏油事故,使得原本风光迷人的西班牙加里西亚海岸成了黑色油污的人间地狱,给当地旅游业造成沉重打击。4 海洋污染的生物修复技术4.1 生物修复技术生物修复是指利用生物的代谢活动催化降解有机污染物,从而去除或消除环境污染的一个受控或自发进行的过程。最早大规模用于石油污染的生物修复是在美国威廉王子港中的Valdez石油事件中展开的。在使用物理和化学方法所得效果甚微后,通过外加营养等手段促进烃降解菌的生长,使油污染得到了很好的控制。同传统的或现代的物理、化学修复方法相比,石油烃类的微生物修复具有巨大优势6:生物修复对人和环境造成的

7、影响最小,它能够使污染物最终分解为二氧化碳和水,而且生物修复过程迅速,费用低,仅为传统物理、化学修复的30%50%。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。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

8、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。目前,国外开发的营养盐主要有3种形式7: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。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。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。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: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;化学处理法:如燃烧、使用化学处理剂(

9、如乳化分散剂、凝油剂、集油剂、沉降剂等;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。4.2 影响微生物对石油降解的因素微生物对石油烃类的降解实际是一种生物氧化作用。其主要代谢途径有如下几种:将石油烃分解为CO2和H2O;将石油烃转化为微生物的生命物质,如蛋白质、氨基酸、酯类和多糖等;将石油烃转化为其它物质,如各种醇、苯酚、醛、脂肪酸等。由于多数

10、石油烃类化合物难溶于水,微生物对石油烃的代谢还需要依靠其细胞壁外表面的一种由糖脂组成的特殊吸收系统。该系统可以使石油烃类化合物充分乳化,然后被吸收和利用。海洋环境中能够降解石油的微生物有200多种,分属于70个属,其中细菌有40个属。不同菌属的微生物对石油的降解能力也不同。如细菌Acinetobacter calcoaeticus和Serratiamarcescens可分别降解C22C30和C20C28的石油物质,而霉菌Candida tropicalis可以降解C12C32的石油物质8。一种微生物通常只对特定的石油成分具有较强降解能力。因此,往往需通过接种混合的微生物群落,以提高微生物的降解效果。石油本身性质也会对降解产生影响。不同的原油,由于其饱和烃、芳香烃、胶质和沥青质的含量不同以及饱和烃中正构烃的含量不同可导致它们具有不同的抗降解性7,8。不同烃类化合物的降解率如下:正烷烃>分支烷烃>低分子量芳香烃>多环芳烃。石油在海水中的物理状态对微生物的降解也有显著影响。由于石油烃降解微生物通常生活在油水界面上,因此乳化好的油往往能够更好的被微生物所利用。如液体芳烃在水烃界面可以被微生物代谢利用,但在固态时却很难被降解。温度、海水盐度、氧气、营养盐等因素也能对石油的微生物降解产生影响,有些甚至是决定性的。如在石油严重污染的海域,氧就可能成为石