生物修复技术在海洋溢油事故中的应用

生物修复在海洋溢油事故处理中的应用（2）海洋占了地球表面积的71%，孕育了地球上的原始生命，为人们提供了丰富的生产、生活资源和空间资源，是全球生命支持系统的重要组成部分。

在全球经济迅速发展和人口激增的情况下，海洋对人类实现可持续发展起到了重要的作用。

但随着海洋资源的开发和使用，海洋也受到了严重的污染，其中石油污染表现得尤为突出。

据不完全估计，全世界每年约有400~1000 万吨原油进入海洋环境中, 由于航运而排入海洋的石油污染物达160〜200万吨，其中1/3左右是油轮在海上发生事故导致石油泄漏造成的。

我国每年排入海洋的石油达11.5 万吨以上,并且近年来呈快速增长的趋势。

石油进入水体后,造成水体污染, 改变局部水生态环境, 使水生生物死亡，给水资源、生物资源和养殖、旅游业带来巨大损失, 且对环境生态和人体健康构成潜在危害。

一．水体中石油污染的危害和影响1．石油对生物的危害和影响石油对生物的毒性可分为两类, 一类是大量石油造成的急性中毒另一类是长期低浓度石油的毒性效应。

一般轻质油的炼制油品毒性比原油大,石油及石油产品的毒性与其中含有的可溶性芳烃衍生物（苯、萘、菲等）的含量成正比关系。

石油在水体中的毒性效应大多来自水溶性大的相对分子质量低的正烷烃和单环芳烃。

海洋动物对石油的敏感性很不相同般来说, 对成熟阶段的海洋动物, 石油中的可溶性部分对它们的致死浓度范围为1-100mg/L，而幼体则为0.1-1.0mg/L 。

石油对鱼类的影响:(1) 通过鳃等器官直接摄入或吸附石油影响呼吸及分泌功能。

鳃是鱼类进行气体交换的重要器官, 而且具有吸收外源污染物质的作用,作为正常的生理过程,大量的水通过鱼鳃, 毒物聚集在鳃中, 导致鱼类的窒息死亡。

(2) 对鱼卵、幼鱼及鱼类生存的生态系统的影响。

石油烃确能导致鱼类的雌雄比例失调, 对幼体有致畸作用, 并降低其成活率。

海洋哺乳类动物可在一定时间内清除吸附于体表上的溢油。

但若摄入体内, 则会损害内脏功能。

某些石油组分能使捕食性动物和游离菌类对化学刺激的知觉失调, 并阻碍水体生物间的化学信息传递。

鸟类体表黏上石油会丧失飞行功能, 摄入体内可使肝、肺、肾等器官发生损害并减少白细胞数目, 造成鸟类死亡。

底栖和潮间带的大型植物最易受到油的损害, 而潮下带的植物区系受到油污染时影啊不是很严重, 油类附着在植物根茎部影响其对养分的吸收, 使其减产或死亡。

石油对浮游植物的光合成速率有明显影响, 一般妨害了藻类的生长。

大多数海洋无脊椎动物和脊椎动物摄取多环芳烃后产生有基因毒性的产物, 萘对某些海洋生物的呼吸、光合成、三磷酸腺苷的产生、碳的同化作用和类脂生成等均有影响,多环芳烃可与核酸结合, 导致生物发育异常。

据报道,近50年来因为油类污染已有1000多种海生生物灭绝, 海洋生物减少了40%。

2．石油对人体健康的危害和影响暴露在环境中的石油, 其低沸点组分很快挥发进入大气, 污染空气。

人类直接摄取各种石油蒸馏物可发生各种中毒症状, 受到影响的器官有:肺、胃、肠、肾、中枢神经系统和造血系统, 石油物质中的苯和多环芳烃类还是致癌物质。

当人与浓度低至44mg/L 的苯慢性接触时, 免疫系统可能就会受到损坏并导致白血病的发生。

人类还通过食用被油污染的鱼、海产品、水产品,使得有毒物质进入人体, 导致肠、胃、肝、肾等组织发生病变,危害人体健康, 甚至导致死亡。

3．恶化水体, 危害水产资源陆地含油污水侵入无污染水域或地下, 不仅影响饮用水资源和地下水资源, 还会危害水产资源。

浮油漂浮于水面,易扩散形成油膜, 当油膜厚度大于1呵时,就会隔绝空气与水体间的气体交换，导致水体溶解氧下降, 恶化水质。

溶解油和乳化油则直接污染水体。

4．污染大气水体中的石油烃含有挥发性有机物, 且因以浮油形式存在的油形成的油膜表面积大, 在各种自然因素作用下, 一部分组分和分解产物可挥发进入大气, 污染和毒化上空和周围的大气环境, 甚至因扩散而造成更大范围的污染。

5．影响农作物生长油类物质可黏附在农作物的根茎部, 因此用含油废水灌溉农田, 不仅会使土壤油质化, 而且影响农作物对养分的吸收, 造成农作物减产或死亡。

同时, 油类中一些有毒有害物质被农作物吸收, 残留或富集在植物体内, 危害人体健康。

由于石油组分能迅速渗入陆源植物的组织中, 因此陆源植物要比海藻更易受到油污染。

6．影响自然景观油类可以相互聚成油-湿团块,或黏附在水体中固体悬浮物上, 形成油疙瘩, 聚集在沿岸、码头、风景区，形成大片黑褐色的固体块, 破坏自然景观。

溢油污染能够存在10 年以上，其自然生态长期受到危害,受油污染的盐碱滩中，对中-粗沙滩、砾石滩, 溢油能渗入很深的深度, 很难清除干净，产生长期有害的影响，溢油毒性作用可持续多年，阻碍生物的重新集群。

二．生物修复在水体溢油污染治理中的应用溢油进入水体后, 可通过物理的、化学的和生物的过程从水体环境中除去。

相对分子质量低的烃类（C i-C i0）通过蒸发进入大气，然后通过光化学氧化作用分解。

相对分子质量较大的烃类通过水体中悬浮粒子吸附、沉降等过程进入沉积物中。

水体中的石油烃和沉积物中的石油烃可通过微生物降解除去。

石油进入水体的变化过程主要有溶解、蒸发、光化学氧化、颗粒物的吸附、表层水体混合乳化、微生物降解。

这些过程受到环境条件诸如风、波浪、光照、温度、盐度、溶解氧含量、悬浮物含量、地理位置、微生物种群、油的化学组成和氧化还原环境等的影响。

在其中微生物的降解起到非常重要的作用, 是它保证了石油污染物的最终去除，它在石油的变化过程中起着终结者的作用。

目前在石油污染的治理中，通常采取的技术有物理、化学和生物方法，其中物理方法是对石油烃进行稀释、聚集或将其迁移到其他环境中, 而化学方法很难将石油烃彻底降解,且化学方法会造成二次污染。

相比之下, 生物方法，即生物修复技术具有安全高效、操作简便、经济性强、应用范围广、遗留问题少、去除效率高和无明显的二次污染等显著优点, 特别是对于机械装置无法清除的较薄油膜和化学药品被限制使用时, 更显现出其无可替代的重要作用。

具体而言，生物修复是指利用生物尤其是微生物，诱导或加快生态环境中有害污染物的降解过程，从而修复受污染环境，恢复生态效应的生物过程。

本质上说, 这种技术是对自然界恢复能力和自净能力的一种强化,是解决难降解有机物污染的关键技术,其大致可以分为: 原位和异位两类。

原位生物修复不需将水或土壤转移处理, 而异位生物修复则需将被污染物通过某种途径从污染现场运走, 这种运输虽然增加了运输费用, 但便于对修复过程的控制。

在生物修复作用下污染物被转化为稳定的、无毒的终产物，如水、二氧化碳、无机盐、简单的醇或酸及微生物自身的生物量, 最终从环境中消失。

因此生物修复技术目前在世界上许多国家受到了极大重视其中有记载的首次使用生物修复技术的是在上世纪七十年代美国清除宾夕法尼亚州的Ambler 管线汽油泄露事件中，而代表性的大规模应用的事例有八十年代末美国应用生物修复技术成功处理阿拉斯加海滩的石油污染、九十年代科威特处理伊拉克战争中油田火灾中的石油泄漏污染、阿根廷PuertoRoales 集散地的油罐泄漏、日本海发生的纳霍德卡号重油溢漏污染事故等以及今年美国墨西哥湾原油泄漏事故和我国大连原油泄漏事故中均不同程度地应用了这些生物修复技术。

目前, 生物修复技术己成为治理石油污染的一项重要的清洁环保技术, 受到了越来越多的关注。

生物修复法治理石油污染主要采取以下几个方法途经：(1) 投加生物表面活性剂，增加石油与水体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N、P 等营养源，促进土著微生物对石油的降解。

下面具体讨论一下。

1．投加生物表面活性剂生物表面活性剂是由微生物产生的具有表面活性的两性化合物。

除具有降低表面张力、稳定乳化液和发泡等与化学表面活性剂相同的特性外，还具有一般化学合成表面活性剂所不具备的环境友好特性:(1) 水溶性好，在油一水界面有高的表面活性;(2) 在含油岩石表面润湿性好, 能剥落油膜，分散原油，具有很强的乳化原油的能力;(3) 固体吸附量小;(4) 反应产物均一，可引进新类型的化学基团，其中有些基团是化学法难以合成的;(5) 无毒、安全、能生物降解。

许多微生物，如细菌、酵母等在各种碳源, 特别是在疏水性基质如烃类中能产生生物表面活性剂。

生物表面活性剂按照结构可以分为糖脂、脂肪酸、磷脂和含氨基酸类脂等, 大多数生物表面活性剂为糖脂类物质。

大量研究表明, 在石油污染的生物治理中，加入生物表面活性剂不仅可以减小石油物质与水溶液间的界面张力，增加石油的溶解性，使微生物和石油更有效的接触，还可以提高石油烃的生物利用性，从而加速石油的生物降解。

2．接种降解石油的微生物直接利用土著微生物菌群处理石油污染物虽然己有成功的事例但在许多条件下, 由于土著微生物菌群驯化时间长、生长速度慢、代谢活性不高，导致污染处周期过长，影响了生物修复技术的应用。

因而筛选一些降解污染物的高效菌种, 是生物修复的必然要求。

这种向溢油区域加入具有高效降解溢油能力的微生物的生物方法又被称为生物强化技术。

通过生物强化技术，在污染区域接种了大量降解石油的的微生物并形成生长优势, 能有效地催化加快一些石油烃类降解过程的限制步骤，促进油污的生物降解。

在美国环保署的溢油应急计划中，所列出的13 种生物修复剂中就有12 种是这种生物强化菌剂。

这些微生物一般可以从土著微生物中富集, 也可以从其它受污染区域或生物工程途径获得。

但很多实验表明, 这些菌剂的单一培养物很难完全净化受石油烃等多种污染物污染的土壤。

原因主要有以下几方面：一是由于石油成分的复杂性，其生物降解过程常常包括许多步骤, 这些步骤需要许多酶和微生物的共同参与，因为其中一种酶或微生物的降解底物往往是另一种酶或微生物的降解产物，而单一菌种很难达到较好的降解效果；二是单一施用的降解菌往往不能适应现场环境，或者和本土微生物存在拮抗作用，导致施用的降解菌不能在污染区内长期存活。

因此, 在实际中应有针对现场环境，并能结合多种微生物的优势，同时也能和土著微生物降解菌相互配合、刺激生长的多菌系生物强化剂为佳。

（wp的优点）3．营养物质的投加和补充营养物质在土壤、地下水和海水中, 营养物质常常是限制微生物活性的限制因素。

当作为微生物能源和碳源的烃类足够多时, 营养物的供给是否充分将直接影响微生物对烃类的降解活动。

如果营养物质缺乏就会抑制微生物对石油烃的降解作用。

为了彻底降解并达到更快的净化程度, 常常通过添加营养盐即生物刺激的方式来强化污染物的生物降解。

这种通过添加N P营养盐,以刺激石油组分的生物降解作用的生物促进技术，己成为石油污染海滩生物修复的主要策略，这有很多事例报道。