摘要: 系统地综述了海上石油泄漏的来源、危害、应急处理措施以及海上和海岸线石油污染的处理技术。目前 海 上 石油泄漏处理技术仍以传统方法为主，因此，如何更加快速地制定和实施海上石油泄漏的应急处理对策，以及开发海 上石油污染治理的新技术并进行推广应用，将是今后工作的重点。
关键词: 海上石油泄漏; 来源; 危害; 应急处理; 污染防治
0 引言
2010 年 4 月 20 日，英国石油公司租赁的墨西哥湾钻井平台“深水地平线”爆炸、沉没，其海底油井从 4 月 24 日开始向外泄漏石油，持续十几天，每天有超过 20 万加仑的原油泻入墨西哥湾，并迅速向美国东海岸扩散，成为 1989 年埃克森瓦尔迪兹油 轮 泄 漏 事件以来美国历史上最严重的原油泄漏事故之一。当英国石油公司被墨西哥湾原油泄漏搞得焦头烂额的时候，我国辽宁省大连市大连湾于 2010 年 7 月 16 日发生输油管道爆炸，造成原油大量泄漏。上述海上石油泄漏事故不仅造成了巨额的经济损失，而且对海洋环境与海洋生物造成了巨大危害。因此，海上石油泄漏事故及其应急处理日益得到公众的关注，如何有效应对海洋石油泄漏事故、降低其对海洋环境与生物的危害将是今后面临的一项艰巨挑战。
第二次世界大战后，世界经济的快速增长导致能源消耗的迅猛增加。因此，世界各国为了应对大量增长的石油需求，积极进行石油勘探、开采工作，开采领域逐步由陆地拓展到近海甚至深海。
欧盟、美 国 分 别 占 世 界 GDP 总 量 的 27. 79% 和 24. 80% ，它们占据 了 世 界 GDP 总量的一半还多[1]。类似于这种 GDP 分 布 的 不 平 衡 现 象，世 界 原 油 储 量分布更加不均匀，例如，西欧和美国的原油储量占世界原油总储量的 2. 31% ，而仅占世界 GDP 4. 25% 的欧佩 克 组 织 原 油 储 量 却 占 世 界 的 70. 2% [2]。2007 年，全球石油贸易量为 19. 84 亿 t。由于海运 费 用 低廉，并且一次可以运送大量石油，目前全球消耗的石油中 60% 由油轮运输[3]。
在海上石油开采及运输过程中，发生石油泄漏在所难免。事故发生后，不仅对石油开采运输方造成经济损失，还会破坏石油泄漏周边区域的生态环境，有时这种破坏是毁灭性的。因此，本文通过系统综述海上石油泄漏事故产生的原因、危害、应急处理及其污染防治等方面，以期为海上石油泄漏应急处理和污染防治工作提供有益的借鉴。
1 海上石油泄漏的来源及危害
1. 1 海上石油泄漏的来源
石油泄漏 入 海 主 要 有 以 下 四 种 途 径: 1 ) 油 轮 事故。每年都会有各种油轮事故发生而引发海上石油泄漏，这些事 故 多 为 天 气 原 因( 如 海 上 风 暴) 造 成 的油轮 船 身 断 裂 及 因 航 线 密 集 而 发 生 的 油 轮 碰 撞。 2002 年利比里 亚 油 轮 Prestige 号在西班牙西北部海域解体沉没，造成至少 6. 3 万 t 重 油 泄 漏[4]; 2) 海 上钻井平台爆炸。2010 年 4 月发生于墨西哥湾的石油泄漏事故 正 是 海 上 钻 井 平 台“深 水 地 平 线”爆 炸 引起，导致至少 490 万桶原油泄漏[5]; 3) 近海或海上输油管泄漏。2010 年 7 月大连石油泄漏就是一起由石油管道发生爆炸引起的严重原油泄漏事件，导致约 6 万 t 原油泄漏，污染海域约430 km2[6]; 4) 人为故意漏油。1991 年海湾 战 争 期 间，伊拉克军队撤出科威特前点燃科境内油井，造成多达 100 万 t 原 油 泄 漏，污染沙特阿拉伯西北部沿海500 km区域，不过这是目前为止仅有的大规模故意泄油事件。
1. 2 海上石油泄漏的危害
1. 2. 1 污染海水水质
海水受到 泄 漏 的 原 油 污 染 后，原 油 中 含 有 的 烷烃、环烷烃、芳香烃等有机物以及镍、钒等无机物，会很快污染海水水质。同时，原油的密度小于水，且具有很强的黏度，泄漏的石油往往悬浮在海洋的表面。它们阻止空气与海水的气体交换，减少海水中的氧含量，并且原油中有机物的氧化分解又消耗大量的溶解氧，进一步 减 少 海 水 中 的 氧 浓 度。由于海水具有波浪、潮汐、洋流三种运动形式，在海水运动过程中稀释原油的同 时，也 将 污 染 物 扩 散 到 更 远 的 地 方。2010 年发生在美国墨西哥湾的原油泄漏事件，其污染物被传输到上百公里外的佛罗里达州、密西西比州、阿拉巴马州以及路易斯安那州沿岸的地表水中，造成地表水中镍、钒、萘、蒽等多种有害物质浓度远超过人体健康基准值或文献报告的极限值[7]。
1. 2. 2 危害海洋生态系统
1) 浮游生物和鱼类。原油密度小于水，黏度大，往往悬浮在海洋表面，阻止空气与海水的气体交换，减少海水中的氧含量及阳光投射量，这会显著降低浮游生物的光合作用以及叶绿素 a 浓度。原油中含 有的烷烃、环烷 烃、芳香烃等有机物以及镍、钒 等 无 机物，会很快污染海水水质，杀死部分敏感浮游生物和鱼类，引起浮游生物群落结构改变[8]，同时驱逐其他鱼类游离原油泄漏区域，造成区域内鱼类数量迅速减少。若原油泄漏发生在鱼类产卵季节，则对鱼卵产生毁灭性的危 害。John 研 究 发 现，石 油 中 的 多 环 芳 烃可诱导斑马鱼胚胎产生一系列身体缺陷，如心脏功能的遗传切除、抑制肾及神经管结构发育等，且毒性与其浓度呈正比[9]。
2) 沙滩物种。原油对沙滩物种的影响包括原油对生物的直接影响以及工作人员清理沙滩上的原油时给生物造成 的 伤 害。Huz 等研究受原油污染的沙滩发现，包括多毛类、昆虫类及两栖甲壳类在内的所有物种丰富度显著减少，有的物种减少量甚至达到了 66. 70% [10]。
3) 海鸟。鸟类的羽毛被原油覆盖后会丧失防水和保温功能，冷水浸透皮肤后，鸟类会因体温过低而死亡。当鸟类用嘴清理羽毛时，一旦摄入原油中的有毒物质，会导致腹泻和脱水等中毒症状。另外海鸟处于海洋生态 系 统 食 物 链 的 最 高 级，通 过 生 物 放 大 作用，原油中的物质会在鸟类体内积累、浓缩，对鸟类的生存产生 巨 大 威 胁。通 过 检 测 受 Prestige 原 油 泄 漏事故影响的黄腿海鸥发现，其肝病、胆管和肾上皮组织被损 伤[11-12]。另 外，石 油 还 能 引 起 鸟 类 在 孵 育 期发生畸变以及提高雌性鸟类的死亡率[13]。
1. 2. 3 影响海滨旅游业
原油泄漏事件发生后，海面、沙滩上覆盖 一 层 黑乎乎的原油，这些原油不仅影响大海带给人们的视觉美感，还因散发的刺激性味道影响人们的嗅觉，导致原油泄漏区域的游客数量减少，影响当地旅游收入。据统计，与 2002 年相比，2003 年来加利 西 亚 的 旅 游人数减少了 8% ，由 此 导 致 旅 游 收 入 减 少 1. 33 亿 欧元[4]。而根据牛津大学经济学家和美国旅游协会公布的一项研究表明，由于墨西哥湾石油泄漏事件，将可能使墨西哥 湾 沿 岸 地 区 在 未 来 3 年 面 临 将 近 230 亿美元的旅游收入损失[14]。
2 海上石油泄漏应急处理及其污染防治
2. 1 海上石油泄漏的应急处理
2. 1. 1 泄漏源的鉴别及控制
海上石油泄漏源的鉴别及控制在石油泄漏事故的调查和处理中具有重要意义。确定泄漏源的重要手段是溢油鉴别，其依据主要为油指纹鉴别技术，即通过分析比较可疑泄漏源和泄漏石油的各类油指纹信息，来判定泄漏石油的来源和种类[15-16]，参考已有的油指纹库可大大提高溢油鉴别速度。目前的油指纹库也是主要依靠油品的气相色谱 /质谱方法建立，但气相色谱 /质谱法的缺点是耗时较长，因此如何更加快速地确定泄漏源成为目前研究的重点，可采取多种检测方法联合、逐级鉴别的方法，例如可用荧光光谱法或红外光谱法对泄漏源进行初步筛选，再进行气相色谱和气相色谱 /质谱分析，可明显缩短鉴别时间。
2. 1. 2 事故危害的模拟预测技术泄漏石油在海洋中的动态行为主要包括漂移、扩散和风化三个方面。事故发生后，应立即根据所能得到的现场有关数据运行溢油模型来预测溢油可能的漂移与扩散行为。溢油轨迹和归宿的数值模型最早在 20 世纪 60 年代提出[17]，之后并不断发展，建立了如 MIKE21 泄漏分析模型[18]、OSRA 模型[19]、基于风化作用的 IKU 模型[20]和 OSIS 模型[21]等多种模型。
石油泄漏危害的预测技术不断向着系统化、精确化发展，Inan 等以二维石油扩散方程为基础，建立了地中海 梅 尔 辛 海 岸 线 的 二 维 溢 油 模 型[17]; Azevedo 等[22]建立二维羽 流 模 型 对 Prestige 溢 油 事 故 具 有 很好的数值拟合性。目前溢油模拟预测技术的发展主要受基础数据等的限制，预测区域覆盖面还很小，开发覆盖世界各国海区的溢油模拟决策模型是今后研究工作的重要方向[23]。
2. 1. 3 应急决策的制定
应急决策是在溢油扩散与漂移预测、环境敏感区敏感图、石油泄漏事故的继续报告、监视监测系统的报告、数据库资料等信息的基础上，应急指挥人员应对溢油事故 做 进 一 步 评 估，并 做 出 应 急 反 应 对 策 方案。制定应急决策的目的之一就是减小石油泄漏对海岸线的污染，但是由于设备或期权的限制，并不是所有受到危害的海岸线都能得到保护和治理。决策制定过程中遇到的问题是所做决策不可能满足所有区域或标准 的 要 求，针 对 这 一 问 题，Liu 等 指 出 可 以借助评价模型及计算及系统来指导决策的制定[24]。
2. 2 海面石油泄漏污染防治技术
海面石油污染的防治技术主要可分为物理法、化学法和生物法及其组合方法。
2. 2. 1 物理法
物理法是回收和处理泄漏石油的简单有效的措施，技术比较成熟，常用的几种方法如表 1 所示[25-28]。
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物理处理方法不断向着轻便、高效的方向发展，例如 Broje [29]等把撇油器的表面和刮油机表面设计成一系列的刚好吻合的三角形结构，使油回收效率提高了 3 倍。Moura 等[30] 以 CH4 为 反 应 气 体，制 成 的一种疏水性多孔材料，对各种类型的油类均有很高的吸附效果。
除表 1 常用方法外，还有研究采用研究尝试采用真空抽油机、激光处理、加入沉降材料进行沉淀等方法等进行治理，也因成本较高或不易操作没有被广泛应用[26，31-32]。
2. 2. 2 化学法
化学法清除海面泄漏石油主要用于物理法处理后，或无法用物理法处理时。应用较多的化学处理方法主要有化学试剂法和燃烧法两种。
1) 化学试剂法。向泄漏石油的海面上喷洒化学药剂，可以使石油的分散状态发生改变而得以清除。根据石油的分散状态不同，分别可使用胶凝剂、分散剂或破乳剂等[26]。其主要组成与作用见表 2。
化学试剂处理法实质是转移污染物，而且所使用的化学药剂有可能造成新的污染，有的化学药剂甚至具有一定的毒性[36]，因此应慎重使用。目前，处理海面石油的化学试剂正在向着无毒、高效、成本低廉、可生物降解的方向发展。
2) 燃烧法。燃烧法应用于石油泄漏的原位处理中，一般需要耐火性的围油栏来防止石油的扩散[37]。在 Exxon Valdez 的 石 油 泄 漏 事 故 中，约 15 000 ～ 30 000加仑通过原位燃烧法被清除，除油效率达到了 98% [31，38]。燃烧法无需复杂装置，处理费用低，但是对海洋生物及环境存在影响，因此处理对象一般为大规模的溢油或离海岸相当远的公海。值得注意的是，除对生态环境有不良影响外，燃烧处理还浪费能源。
2. 2. 3 生物法
微生物能将石油烃类彻底降解而使之无毒无害，因此海上石油泄漏的生物处理技术受到广泛关注[39]，具体分为生物修复技术和生物强化技术两大类。
1) 生物修复技术。在石油泄漏的生物处理中有两个限制因素: 一是石油的溶解性很差，因此与微生物接触的表面积较小; 二是缺乏 N、P 及其他营养物质。生物修复技术就是针对这两种限制因素而产生的。
针对上述第一种情况所采取的措施是加入分散剂，通过乳化增溶或增大烃基质与降解细胞的接触面积，从而提高石油烃生物的可利用性[40]。该 方 法 主要应用于海上块状漂浮的溢油处理。Saeki 等将生物表面活性 剂 生 产 菌 株 JE1058 的培养液制成分散粉剂，研究其对海洋石油泄漏的生物修复效果，结果表明，JE1058 制剂不仅大大促进油污的溶解，并且促进了海洋本土菌 ANS521 对油污的降解[41]。
Atlars 和 Bartha 在 1972 年首先提出了石油生物处理过程中需 要 在 油 中 加 入 N、P 营 养 物 质，以 提 高烃类降解菌的降解速度，目前研究中氮素营养多为尿素及硝酸盐，磷素营养多为十二烷基磷酸及磷酸盐，营养物可多次投加。
2) 生物强化技术。生物强化技术即在石油泄漏污染场中接种高效污染物降解菌，国外多采用驯化菌种或人工菌种。这些菌种为混合菌，经人工处理后，具有很强的烃类降解能力。目前生物强化技术还处于实验室研究阶段。由于受外界环境的影响，引进菌种处理效果并 不 稳 定，为 此 Hosokawa 等 提 出 了 向 污染区域加入具有良好特性和降解石油能力的土著微生物并进行本土生物强化的方法，以便使这一问题得到解决[42]。
2. 3 海岸线石油污染防治
前文提到的机械法[43]、吸附法、生物修复也适用于海岸线的石油污染治理，此外，还可根据其具体特点采取人工撇取、水洗、喷洒消油剂或清洗剂等措施。
水洗用于岩石岸壁、礁石等上面油污的清除。通过运用加压的热水或冷水将油污冲洗掉，常用的热水温度为60 ℃ 。1983 年 11 月 FE0SO AMBASSDOR 号油轮在青岛港触礁溢油事故中，曾用水冲洗方法清除礁石和岸壁 上 的 油 污，取得了很好的效果[43]。水 洗具有冲洗干净的特点，但是用热水冲洗会对海岸的动植物造成危害，损害脆弱的生态系统。另外，水洗还受到污染区通道、水源及电源的限制。
消油剂可用于海岸岩石石油污染的处理，将消油剂直接喷洒在岩壁、礁石及结构物表面的石油上，让消油剂与油接触一定时间，再利用海水冲洗或借助潮水自然刷掉油污，也可以用消油剂人工刷洗岩壁或礁石，加快油的 分 散 过 程[43]。表 面 清 洗 剂 是 利 用 清 洗机制来去除沙滩、岩石等固体表面的石油[44]。
3 存在问题及展望
海上石油泄漏事故的不断发生，使海洋和海岸线石油污染成为困扰世界人民的环境问题之一，尽管石油污染处理的方法众多，但目前仍以传统方法为主，许多还只是处于试验阶段，与大规模的应用仍有较大差距。如何更加快速的制定和实施海上石油泄漏的应急处理对策，以及开发海上石油污染的新技术及其推广应用，仍将是今后工作的重点。——论文作者：申洪臣1 王健行2 成宇涛2 魏源送2 郑建伟3 苏宇峰3 高迎新2
参考文献
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