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生物表面活性剂在石油污染生物修复技术中的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2011-09-26  浏览次数:831
核心提示:生物表面活性剂在石油污染生物修复技术中的应用

石油是非常宝贵的能源和化工原料。为人类文明做出了巨大的贡献。石油具有价格低廉、常温下为液体而易于开采、运输、使用、含杂质少、污染低等优点,因而得到广泛的利用。发达国家在能源消费中石油占60%以上,我国大约为20%。随着世界对石油及其制品日益增长的需求,开采、运输、装卸以及利用石油过程中溢油事故日渐增多。防范、治理石油污染成为环境的重要任务之一。

原油可分为烃类、胶质(resins)和沥青质(asphahenes)三部分,其分子量最高可到100000。烃类占总油量的85%~l00%。一般石油中,烷烃占总油量的20%,其中一半是直链烃(石蜡烃),另一半是支链烃,直链烷烃的碳数范围从ClC40。支链烃中姥鲛烷(C19)和植烷(C20)浓度最高。环烷烃约占总油量的50%,其中大部分是环戊烷和环己烷,芳烃不超过20%。

胶质是分子量较小(多数不超过1000)的非烃组分,其中以氧化物较多。它们是石油烃由生源化合物向烃类转化的中间产物。沥青,代表石油中至今尚未弄清楚的一类化合物,分子量高,占原油总量的020%。它的分子量大约是500100000,它们可能是低分子量芳烃的热诱导聚合高分子。

根据石油地球化学的分类,按常压下210℃以上馏分中链烷烃、环烷烃、芳香烃、胶质和沥青质的相对含量,同时考虑原油中硫含量,可将原油分成6种类型:

①石蜡型原油,主要含正构、异构链烷烃,含硫小于1%;

②石蜡一环烷型原油,既含链烷烃又含相当的环烷烃,含硫小于1%;

③环烷型原油,主要含环烷烃,含硫小于l%;

④芳香一中间型原油,主要含芳烃,有一定的石蜡烃,含硫大于1%;

⑤芳香一沥青型原油,主要含芳烃及沥青,含硫大于1%;

⑥芳香一环烷型原油,主要含芳烃及环烷烃,一般含硫小于1%。

世界原油总产量每年约30亿吨,其中10亿吨要由海上运输,海上运输量还以每年4%的速度增加。据估计,每年约有320万吨原油因泄漏等原因进入到海洋中。沿海工业尤其是炼油厂排放,将大量石油带人海中。沿海炼油厂和码头上建设的油库,存有大量的石油及其制品。近年来,海底油库有所发展,储油能力可达7万吨。这些设施都为海洋污染带来隐患。海洋石油开发方兴未艾,全球原油中有4.5亿吨是由海底油田生产的,由于石油开采发生的溢油事故是石油污染的重要来源,从欧洲北海到美洲的墨西哥湾,每年都有溢油事件发生。我国南海东部地区海域,自1990年底进入开发以来,也发生多次溢油,仅l997年就达10次。从海洋石油统计来看,储油设施及管线损坏的溢油事故占据溢油量的主要地位。海洋环境中污染的石油是以4种状态存在:油膜、溶解态、乳浊液和沥青球体。

①油膜在水面上石油能迅速地分散成很薄的膜,在海面平静条件下,油膜覆盖的总面积取决于油和海水之间的表面张力。由于油会挥发,因此油膜厚度也和时间有关。

②溶解态  烃类在水中的溶解度很低,但仍然可以从水中检出溶解的烃。烷烃的溶解度随碳链长度的增加而降低。在海水中的溶解度要更低。链长大于Cl7的烃类其溶解度小到可以忽略不计。

③乳浊液  海浪搅动使油膜变成很细的微液滴,其中有些液滴接近胶粒大小,形成水包油或油包水的乳浊液。在水包油型乳浊液中,油滴大小可以接近0.51.O?m,也可以存在不同大小的微滴混合体。在一个基本封闭的地区,高浓度水的油能导致像"巧克力奶油冻"(chocolate mousse)一样稳定的油包水乳浊液的形成。

④沥青球体油可以以漂浮团块出现,即沥青球体(asphalt-enes balltar globules),大小在几毫米至30mm左右之间。大多数沥青球是由冷水冲洗油舱形成,也能在海浪、风化和降解等综合作用下由油膜形成。大沥青球可由小沥青球在海浪的冲击下回旋聚合而成。在这一过程中,沥青球常常俘获碎屑、砂和其他固体碎片,使质量增加有沉淀的趋势。

据对污染土壤的油含量的诃查,英国20世纪6070年代关闭的炼油厂、储油罐区等,发现多处石油烃污染的土壤。美国有3000000个地下储存罐存放石油类产品,其中500000个地下储油罐正在向地下泄漏石油。德国、荷兰和澳大利亚等有大量的污染土层等待治理。我国石油污染土层状况也并不乐观,全国各地地下储油罐星罗棋布,油品泄漏所造成的土壤污染与环境污染时有发生。值得注意的是,我国过去对污染土壤的环境问题关注不够,缺乏必要的信息而无法准确统计。据目前掌握的统计资料显示,我国部分.石油化工区,土壤残油质量分数高达50274×10-694049×10-6:油田区质量分数一般为80×10-6-120×10-6;油田重污染区土壤石油类质量分数可高达l0000×10-6以上(背景值为28.4×10-6)。土壤污染构成了地下水的主要污染源。

当今石油污染已成为世界性公害之一。每年全世界有800万吨,我国有60万吨原油进入环境,污染土壤、地下水、河流和海洋。在石油生产、储运、炼制、加工和使用过程中,由于井喷、泄漏、检修等原因,都会有石油的溢出和排放,这已成为土壤石油污染的主要原因之一。油田区、石油化工区石油量大面广,石油对人体和环境主要构成以下危害:

①引起人体的急性中毒和慢性中毒  人体吸入汽油后,会引起严重的中枢神经障碍,震颤,皮肤变青,脉搏减弱,严重时反射停止,最后因心脏衰竭而死。汽油慢性中毒,会有沉重感,头、手、足、四肢和关节刺激性疼痛,腹泻,继而导致神经炎、贫血、咳嗽等,也会引起严重的视觉障碍。煤油、柴油对皮肤黏膜刺激强烈,毒性近似于汽油。

②影响植物生长使土壤中有效磷、氮含量减少,阻碍植物根系的呼吸作用和营养成分的吸收作用。石油会影响土壤通透性,降低土壤质量,甚至造成荒废。特别是沸点150275℃的烃,如汽油和煤油对植物毒害最大,它们能穿透到植物组织内部,破坏植物正常的生理机能。而高分子烃则能形成一层薄膜,阻碍植物的蒸腾、呼吸和光合作用。

③石油中的多环芳烃具有致癌、致畸、致变作用,还能通过食物链在动植物体内逐级富集,危害人类健康。

④石油中不被土壤吸附成分渗入地下,污染地下水,降低地下水使用功能,威胁供水安全,造成生态灾害。农业和饮用水安全保障的破坏,成为困扰环境领域重要的社会和环境问题。

⑤对水生生物的影响  石油污染会对水生生物的生长、繁殖以及整个水生生态系统产生巨大的影响。石油组分会使藻类等浮游生物急性中毒死亡;在很低浓度时就可以对鱼卵和鱼类的早期发育产生影响,在10-410-3mgL下就可以有影响;同时会危及依靠水生生物为生的鸟类,大量溢油使鸟类翅膀粘有油污不能飞翔,同时失去御寒的功能,致使大量的鸟死亡。海洋鱼类和贝类因为石油污染而产生异味。资料表明,鱼类和贝类在含油为0.01mgL的海水中生活24h即可沾上油味;如果浓度上升为0.1mgL23h就可有异味。

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