海洋石油污染及微生物修復(fù)

湯眾如，汪 濤，張 瑤，曹 迪

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江大慶 163319）

石油及其產(chǎn)品在開發(fā)、運(yùn)輸和使用過程中會(huì)因?yàn)橐恍┰驅(qū)Ｑ蟓h(huán)境造成污染。據(jù)估計(jì)，世界各地每年都有超過6×108t的石油通過各種渠道進(jìn)入海洋，對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成巨大的危害。中國(guó)在海洋石油污染上損失巨大。例如，2007年12月，在韓國(guó)泰安郡附近發(fā)生的“河北精神”號(hào)油輪泄漏事件[1]；2011年6月，在我國(guó)渤海蓬萊油田發(fā)生的溢油事件[2]；2018年6月，巴拿馬籍油船“桑吉”在我國(guó)長(zhǎng)江口海域發(fā)生的溢油事件[3]。如何在這些事件發(fā)生之后，采取有效的措施并修復(fù)海洋生態(tài)系統(tǒng)是至關(guān)重要的步驟。

1 海洋石油污染的原因

根據(jù)石油輸入的類型，海洋石油污染可分為突發(fā)性輸入和長(zhǎng)期性輸入。突發(fā)性事故包括油輪事故、海上石油泄漏和井噴事故，長(zhǎng)期輸入包括含油污水、港口船舶、天然海床沉積巖滲漏油、滲出物、民用和工業(yè)廢水排放、含油廢氣排放等。海上油田事故或石油運(yùn)輸事故都會(huì)嚴(yán)重污染周邊的環(huán)境，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞。隨著越來越多的海上溢油事故和運(yùn)輸船舶泄漏事故的發(fā)生，海洋生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的任務(wù)越來越艱巨。

1.1 人為因素

為了改變當(dāng)前我國(guó)海外石油依賴的局面，緩解石油產(chǎn)量下降的土地供應(yīng)情況，加強(qiáng)技術(shù)開發(fā)和國(guó)際合作，我國(guó)加快了海上石油鉆井平臺(tái)的步伐，而海上石油鉆井平臺(tái)泄漏造成油污損害遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過油輪所造成的損害。因此，海上運(yùn)輸過程中所發(fā)生的溢油事件是對(duì)海洋環(huán)境污染的主要來源之一。

1.2 自然原因

海底蘊(yùn)藏的石油通過地層斷裂縫隙滲出也是海洋石油污染的主要原因。石油滲出的程度與地殼構(gòu)造活動(dòng)的劇烈程度和頻率有關(guān)系。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年滲入海洋的石油為0.002 5～2.500 0×106t。

河流將陸地沉積巖巖石里的油侵蝕下來后再攜帶入海洋。據(jù)統(tǒng)計(jì)，河流攜帶入海的顆粒有機(jī)物中可萃取有機(jī)物量，全世界平均每年約為10.6×106t。

陸地和海洋生物合成的烴類也是海洋環(huán)境中石油烴的天然來源之一[4]。

2 海洋污染的危害

石油進(jìn)入海洋環(huán)境以后，主要以漂浮在海面的不透明油膜、溶解乳化分散和凝聚態(tài)3種主要形式存在。海洋石油污染危害主要危及生態(tài)、人類健康和社會(huì)行業(yè)方面。

2.1 對(duì)生態(tài)的危害

（1）石油污染影響光合作用。在石油污染區(qū)域形成了不透明的油膜，降低了光的通透性。另一方面，油膜讓太陽(yáng)輻射到海洋的熱量減少，海水溫度降低，影響氧氣和二氧化碳的交換平衡，使得海洋中的藻類光合作用受到嚴(yán)重影響，進(jìn)一步制約了海洋動(dòng)物的生長(zhǎng)和繁殖。

（2） 海面石油污染對(duì)海洋生物的危害不容小覷。一方面，海面上石油中含有的有毒物質(zhì)通過一些途徑進(jìn)入食物鏈中。石油里含有的致癌物質(zhì)會(huì)在海洋里的魚或蝦等生物體內(nèi)積累，并會(huì)嚴(yán)重影響魚類的神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)[5]。另一方面，漂浮在海面上的石油會(huì)嚴(yán)重影響海鳥的羽毛功能，一是因?yàn)楹ｘB體重增加對(duì)其飛行造成影響，二是石油填滿羽毛空隙后會(huì)使海鳥的羽毛保溫性能下降，容易導(dǎo)致海鳥的死亡。

（3）石油污染會(huì)消耗海水中的溶解氧。海水的降解會(huì)消耗大量的氧氣，而海水中的氧氣被油膜堵塞，導(dǎo)致海水缺氧，是海水復(fù)氧的主要途徑之一。

（4）全球溫室效應(yīng)。海洋是大氣中二氧化碳交換的主要場(chǎng)所。石油污染將會(huì)加劇“溫室效應(yīng)”，同時(shí)也會(huì)提高厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生頻率，因此間接加重“全球問題”。

海洋石油污染同時(shí)還會(huì)造成許多其他生態(tài)問題，如破壞濱海濕地、引發(fā)海洋赤潮、惡化水體等。在污染后的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，生物群落恢復(fù)慢，并且殘油的潛在毒性會(huì)對(duì)生物體的DNA造成損害[2]。也由此證明，石油污染的過程是長(zhǎng)期的、多方面的。

2.2 對(duì)人類健康的危害

海洋石油污染除了對(duì)海洋生物造成損傷，對(duì)海邊居民及污染清理志愿者的健康也會(huì)造成嚴(yán)重影響。Kim Byuang-Mi等人[6]用調(diào)查問卷的方式，調(diào)查了80名孕婦在河北溢油事件發(fā)生后2～3個(gè)月的健康情況。調(diào)查顯示，居住地在事故現(xiàn)場(chǎng)附近的孕婦比在遠(yuǎn)離事故現(xiàn)場(chǎng)的孕婦報(bào)告更多的眼部刺激和頭痛癥狀，加大了孕婦健康風(fēng)險(xiǎn)問題[7]。石油經(jīng)過食物鏈進(jìn)入人體的成分復(fù)雜多樣，且許多物質(zhì)在技術(shù)上仍然難以分離，有毒物質(zhì)經(jīng)富集后會(huì)對(duì)人體的肝、腸、胃及腎等器官造成危害，使得細(xì)胞突變致癌，對(duì)人體系統(tǒng)造成長(zhǎng)久的損害。

2.3 對(duì)社會(huì)各行業(yè)的危害

（1） 對(duì)工農(nóng)業(yè)的危害。石油黏附在捕撈用具上，不僅加大了捕撈水產(chǎn)品的難度，還增加了捕撈的成本，降低了網(wǎng)具的使用效率，增加了勞動(dòng)力并降低了利潤(rùn)。

（2）對(duì)旅游業(yè)的危害。海洋石油易黏黏附在海灘上，進(jìn)而使海濱形象大打折扣。

（3）對(duì)企業(yè)的危害。對(duì)于需要海水的工廠，如曬鹽廠、海水淡化廠，無(wú)疑會(huì)使其生產(chǎn)加大了成本。海洋事故發(fā)生后，這些海洋企業(yè)形象也會(huì)因此受到影響。

3 石油污染治理與修復(fù)

3.1 處理方法

國(guó)際上針對(duì)石油污染的治理主要有物理法、化學(xué)法和生物法。

（1） 物理處理。利用撒油器和撇油器、圍油欄、吸油材料等，主要對(duì)污染物起到遷移作用，不能從根本上去除污染的石油。一般來說，對(duì)于自然原因的石油污染治理，并不采用這種方法。但對(duì)于某些狀況，物理方法可能最為快捷有效。

（2）化學(xué)處理。采用燃燒分散劑、凝聚劑、沉淀劑等辦法。一般使用化學(xué)藥品是在海面油膜為0.05 cm時(shí)，使用時(shí)要考慮到試劑毒化作用、對(duì)消油作用效果和價(jià)格等多方面因素。

（3）生物處理。通過人工選擇、馴化、培育和轉(zhuǎn)基因技術(shù)改進(jìn)石油污染微生物，然后將其放入受污染的水體中進(jìn)行石油烴的生物降解。

3.2 微生物降解優(yōu)點(diǎn)及機(jī)理

相對(duì)于石油污染海域的物理或化學(xué)降解，生物降解是一種環(huán)境友好的方式，更為大眾所接受。在氧分子存在的條件下，石油的各種成分在催化酶的作用下相互反應(yīng)，并逐漸降解，最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，具有成本低廉、見效速度快、不會(huì)引起二次污染等諸多優(yōu)點(diǎn)。

一般情況下，石油被微生物吸附到表面、轉(zhuǎn)移至微生物膜上，并被分解利用為3個(gè)部分：①烷烴通過微生物的某些酶催化轉(zhuǎn)化為脂肪酸，然后逐步代謝為乙酰輔酶A，并進(jìn)入三羧酸循環(huán)代謝，最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水；②芳香烴則是被氧化酶氧化成二氫二醇，然后二氫二醇被降解為鄰苯二酚，在鄰苯二酚的降解過程中分別進(jìn)行鄰位和間位的開環(huán)反應(yīng)；③多環(huán)芳烴則是在酶的催化作用下被降解為乙二醇和鄰苯二酚基團(tuán)，然后進(jìn)一步分解為乙酰輔酶A或琥珀酸[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

微生物降解石油雖然是一個(gè)長(zhǎng)期且復(fù)雜的過程，但是仍然越來越受到人們的重視。尋求高效的石油降解菌已成為處理海洋石油污染的最佳途徑之一。首先，可以在自然中篩選和馴化出高效降解菌。其次，可以利用轉(zhuǎn)基因的方式改良菌株，為治理污染提供穩(wěn)定高效的菌株。最后，為更好地降解石油中的各類組分，可以采用混合菌株的方式或者添加其他一些對(duì)生態(tài)環(huán)境傷害較小的表面活性劑（如鼠李糖脂[9]）相結(jié)合的方式，可以更加全面地解決污染問題。由于其復(fù)雜性，微生物修復(fù)的研究還需要深入和探索，研究其降解的機(jī)制已成為海洋石油修復(fù)的研究熱點(diǎn)。