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理及研究進展，有助于進一步開發(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)保的防護措施主要有電解海水、細菌黏膜、微生物產(chǎn)電等。本文綜合敘述了船舶污損生物的特點以及各類電解海水、細菌黏膜、微生物產(chǎn)電等多種新型環(huán)保防污措施的研究現(xiàn)狀及進展。
1船舶污損生物的附著機理、特點及影響因素
船舶長時間進入海水中，會發(fā)生一系列的物理、化學等作用，在船體表面易形成一層細菌黏膜[1]，其具有一定的強度和黏性，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
2.1物理方法
本方法一般采用物理手段，如機械清除、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，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化學手段
本方法是采用化學物質(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物質(zhì)，直接滅殺污損生物，常用化學物質(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，研究其機理，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菌附著的功能[15-19]。水解酶的水解特性亦被廣泛應用到污損生物防除中[20]。
3電解及微生物防污技術
3.1電解防污技術
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
紀偉尚等[25]研究硫桿菌防污機理發(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菌菌株，合成人工細菌黏膜，具有一定的防污作用，但抑制時間及效果有待進一步加強。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 單位：威海海洋職業(yè)學院
