新型防污手段對船舶污損生物影響的研究
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摘要：船舶在使用過程中易受到海洋污損生物的影響，造成航行速度、使用壽命的降低及能耗的增加。本文綜述了傳統(tǒng)手段及新型防污措施對海洋污損生物的作用機(jī)理及研究進(jìn)展，有助于進(jìn)一步開發(fā)新型高效無污染防除手段。
污損生物是造成船舶損傷的主要因素，近年來，污損生物問題已引起廣泛重視，眾多學(xué)者開始從多方面研究船舶污損生物的防治方法，也研究出了多種防污方法，例如：涂刷防污漆、人工或機(jī)械清除法、采用防污材料制作結(jié)構(gòu)物、電解水、電解重金屬等，但有些方法污染較重，而其中較為環(huán)保的防護(hù)措施主要有電解海水、細(xì)菌黏膜、微生物產(chǎn)電等。本文綜合敘述了船舶污損生物的特點(diǎn)以及各類電解海水、細(xì)菌黏膜、微生物產(chǎn)電等多種新型環(huán)保防污措施的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展。
1船舶污損生物的附著機(jī)理、特點(diǎn)及影響因素
船舶長時間進(jìn)入海水中，會發(fā)生一系列的物理、化學(xué)等作用，在船體表面易形成一層細(xì)菌黏膜[1]，其具有一定的強(qiáng)度和黏性，船體容易滋生大量附著物，比如牡蠣、藤壺、貽貝、各種藻類等。污損生物的附著會增加船舶的阻力，造成船舶能耗的增加[2]，而且部分污損生物會分泌酸性黏結(jié)性物質(zhì)[3]，亦會對船體造成腐蝕，縮短船舶的使用年限[4-7]，所以，污損生物的附著是一直困擾船舶的難題。危害船舶的海洋生物種類多達(dá)2…000多種，常見的有100多種，船舶污損生物的種類及數(shù)量，受多種因素的影響，例如溫度、水深、鹽度、海域、停泊時間等。一般水溫高的海域，附著生物數(shù)量多，例如我國南方海域附著生物的種類及數(shù)量一般高于北方水域；隨著水深的增加，附著生物的數(shù)量逐漸增多；停泊時間越長，附著的污損生物數(shù)量越多；且隨著季節(jié)的變化，污損生物的種類也會發(fā)生變化。
2常用海洋污損生物防除技術(shù)
2.1物理方法
本方法一般采用物理手段，如機(jī)械清除、曝曬、加熱、紫外線等方法[8]。此方法污染較小，但工作量較大，需時較長，需投入大量人力，易造成成本增加。鄭曉濤等[9]研究超聲波防污技術(shù)，通過在液體中施加超聲波產(chǎn)生微小氣泡，而微小氣泡在形成及破裂過程中會發(fā)生一系列變化，通過此過程可殺死污損生物。此過程殺滅效果顯著，且持續(xù)時間越長殺滅效果越好，但可能會對其他海洋生物造成傷害。
2.2化學(xué)手段
本方法是采用化學(xué)物質(zhì)起到防止或者滅殺的作用，抑制或者干擾污損生物的附著。一般采用的方法主要有涂防污漆、防污橡膠、電解法等[10]，也有通過直接向海水中加入具有毒性的化學(xué)物質(zhì)，直接滅殺污損生物，常用化學(xué)物質(zhì)有次氯酸鈉、臭氧、二氧化氯等，但有些物質(zhì)會對海水造成污染。
2.3生物防污法
本法一般采用天然的生物活性物質(zhì)來防止污損生物。例如有機(jī)酸、酯類酚類等，該類生物制劑具有良好的環(huán)境可接受性，且可以自然分解[8]。生物防污法亦研究了一些新型防污措施，例如生物防污劑涂料、仿生涂料等。生物防污劑涂料主要采用海洋藻類及珊瑚等生物的有機(jī)粗提物和次生代謝產(chǎn)物對污損生物的幼蟲起抑制作用[11-14]。而仿生涂料則主要是利用海洋大型哺乳動物自身防污的特點(diǎn)，研究其機(jī)理，制造出的放生涂料[10]。仙藻、具鉤柏桉藻、針葉藻、鋸齒葉水絲草的提取物以及海洋紅藻的次級代謝產(chǎn)物等都具有一定的抑制海洋污損生物和細(xì)菌附著的功能[15-19]。水解酶的水解特性亦被廣泛應(yīng)用到污損生物防除中[20]。
3電解及微生物防污技術(shù)
3.1電解防污技術(shù)
3.1.1電解水防污海水中含有大量氯化鈉，海水電解可生成次氯酸鈉，而次氯酸鈉具有良好的消毒殺菌作用，能夠殺死污損生物。但該種方式需要注意次氯酸鈉的濃度，若濃度過大，易造成對金屬船體的腐蝕[21]。
3.1.2電解銅鋁防污系統(tǒng)本系統(tǒng)是通過電極產(chǎn)生的銅離子與氯離子形成配位離子，而電解鋁離子則形成氫氧化鋁絮狀沉淀，具有良好的吸附性，能夠形成一層保護(hù)膜[22]。3.1.3電解海水—銅鋁陽極聯(lián)合防污本方法綜合采用了電解水和電解銅鋁系統(tǒng)，可有效避免有效氯濃度過大對金屬船體產(chǎn)生腐蝕，而且具有良好的防污效果[23]。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是對環(huán)境污染小，操作簡便，防污效果較好，但成本較高[24]。
3.2微生物防污技術(shù)
紀(jì)偉尚等[25]研究硫桿菌防污機(jī)理發(fā)現(xiàn)，硫桿菌針對藤壺、海鞘、石灰蟲等具有較好的抑制作用，但由于硫酸桿菌的防污機(jī)理受到海水中硫元素的含量較少的影響，其防污作用會受到一定抑制。高運(yùn)華等[26]通過研究防污漆，從其表面分離出具有抑制污損生物附著的細(xì)菌菌株，合成人工細(xì)菌黏膜，具有一定的防污作用，但抑制時間及效果有待進(jìn)一步加強(qiáng)。海洋生物資源豐富，近年來，從海洋生物中提取抑制污損生物的研究越來越多。海綿是海洋中常見的生物，但從海綿中能夠分離出抑制藤壺附著的細(xì)菌[27]。而石莼表面亦可分離得到能夠抑制藤壺附著的假交替單胞菌[28]。伸長海條藻、齒緣墨角藻、馬尾藻等能夠分離出具有抑制部分海洋污損細(xì)菌附著的菌株[29-30]。
4結(jié)論
縱觀國內(nèi)外對新型防污手段的研究，與傳統(tǒng)防污手段相比，在清除效率、環(huán)境污染等方面均有了較大突破，例如，物理、化學(xué)手段相結(jié)合的超聲波防污法，以及利用電解水、銅鋁等的電解防污法。而生物防污法則有了較大突破，主要包括各種海洋生物的提取物、分離菌株或次生代謝產(chǎn)物等，此類方法是充分利用海洋資源，避免了環(huán)境污染，且實(shí)現(xiàn)了資源的多重利用，有利于我國海洋產(chǎn)業(yè)的和諧健康發(fā)展，遵循了國家的可持續(xù)開發(fā)理念。
作者：王珊珊 張瑞標(biāo) 單位：威海海洋職業(yè)學(xué)院
