环境科学导论论文

发布时间：2011-06-26 10:49:35 来源：文档文库

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海洋石油污染研究现状及防治

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

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)影响光合作用: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。

(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:

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,形成环氧化物,然后,加入H2O 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H2O[ 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。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。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。