“吃掉”油污的细菌

沈臻懿

现代社会中，为了开采、输送不计其数的石油，绵延不断的油气管道被架设在了海底之中。这些管道一旦出现破裂，就会导致石油泄漏，从而造成极为严重的生态环境污染。为了对污染漏油进行清理，围油法、分散剂法等技术往往使用极为频繁。但这些技术在运用的同时，依然有着难以克服的短板。于是，有科学研究团队利用某些细菌嗜油的特性，研发出了一种特殊的生物传感器，并尝试将其应用于油气泄漏的监测与报警。此外，科学家还根据细菌传感器监测油污泄漏的原理，借助这些嗜油细菌的力量，来清理已经泄漏的大面积油污。

石油，这种外观近乎深褐色或黑色的黏稠状液体，虽然其貌不扬，甚至略显“丑陋”，一旦缺少，处于现代生活中的人们估计就将重新回归古代生活。当今社会各行各业中，几乎随处都可以看到石油的身影。据统计，每个人的一生中，平均会在“吃”的方面消耗551千克石油，在“住”的方面消耗3790千克石油，在“穿”的方面消耗290千克石油，在“出行”方面消耗3838千克石油。

美国作为石油消耗大国，有35万千米左右的石油与天然气管道，用来运输每年超过150亿桶的石油、液化天然气与精炼石油。此外，还有绵延不断的油气管道架设在海底之中。这些油气管道一旦破裂，导致石油泄漏，其对于环境的污染与破坏势必十分严重。

代价惨痛的石油泄漏事件

提起石油泄漏，想必大多数人并不会觉得陌生。无论是海上油田的泄漏，满载石油的轮船失事，还是海底输油管道的破裂，都会带来难以估量的严重后果。2010年4月在墨西哥湾发生的石油泄漏事件，可谓美国历史上最为严重的生态环境灾难，亦是人类工业发展历程中所经历的最大规模的石油泄漏事故。在该次事件中，共有超过56万吨的石油溢出并流进了墨西哥湾。石油泄漏导致的污染不仅令墨西哥湾的渔业严重受损，沿岸1600公里的滩涂与湿地被毁，沉至海底的油污以及海面上的浮油，则对区域内大面积范围内的动植物安全构成了严重威胁，且破坏了海洋环境的生态平衡。

据美国交通部下属的管道与危险品安全管理局统计显示，从1998年至2017年近20年的时间中，该国本土范围内发生了11700余起油气管道泄漏等事故，共造成334人死亡、1296人受伤，以及超过70亿美元的经济损失。

海底油气管道破裂导致石油泄漏至海洋后，随之产生的油膜会覆盖于海面之上，削弱海洋与大气中的气体间交换，从而影响海洋生物光合作用，并对整个海洋的生态环境带来破坏性的影响。对于石油本身而言，其还是一种致突变和致癌的物质。另外，被石油所污染的物质，则会影响、干扰到海洋范围内生物的繁殖、生长、摄食、行为等能力。

当海洋漏油事故这一生态环境灾难发生后，如何对泄漏石油进行处理与清污往往极为棘手。在任务艰巨的清污工作中，诸如用稻草垫吸收、人工捞取等技术含量较低的方法同样可以取得一定的清理效果。但同样会付出极为高昂的代价。承担泄漏石油清污工作的人员若缺乏必要的防护装备，且长时间地暴露在含多环芳烃以及挥发性有机化合物等有毒有害化学物质的环境下，其身体健康将受到破坏性的影响。

漏油清污的高频技术

诚然，稻草垫吸收、人工捞取等方法在漏油清污工作中有其用武之地。但这一专业活动，更多地仍依赖于科技元素与手段的支撑。漏油的地点和方式、泄漏的规模和轨迹、油品的种类、持续的时间、近期的天气，以及受到侵袭的环境范围等各因素，都会影响到油污清理技术的选择、应用与效果。在这些因素中，石油泄漏事故的持续时间，对于清污处理技术的选择尤为关键。根据美国国家海洋局《海上漏油事故应急指南》中的应对方案规定，漏油事故发生初期时，應重点对于泄漏源进行处理，并回收已泄漏的石油。随后，则应采取措施，降低石油泄漏的扩散速率。当海洋中的漏油漂浮物临近海岸线之后，则应重点对受到污染的海岸线进行油污的清理。在诸如墨西哥湾石油泄漏等众多漏油事件中，专业人员便多采用围油法、分散剂法等高频使用的技术手段，对油污进行清理。

围油法技术

围油法是一种典型的物理清污技术。其是使用专门的围栏，在船只的拖拽下，将漂浮在海平面上的漏油集中圈在一起。该技术方法一方面可以防止海面上的油污扩散；另一方面，则可将其聚拢后用船只牵引，以便对漏油进一步回收利用。由于石油与水的不同特性，使用围油法在漏油清污方面，尤其针对漂浮在海面上的油污，适用频率极高。加之围油法系采用纯物理的技术手段，使其得以最大限度地减少因清污活动而对海洋生态环境所造成的二次影响与破坏。不过，围油法技术受制于天气状况的影响极大。一旦遇到海平面能见度过低或者其他恶劣气象条件时，往往会影响到围油法清污工作的进展程度。

分散剂法技术

分散剂法则是海上石油泄漏事故中使用频率最高的化学技术手段。石油与水的不同特性，令漏油多漂浮于海面之上。在加入特殊的分散剂后，可以使得油、水的表面张力得以降低。同时，在海浪力量、海水波动以及湍流的综合作用下，原本漂浮在海面上的大片漏油被分散成体积较小的颗粒，最终被稀释在整个水体之内。呈大面积状积聚在海面之上的漏油，会对海洋生物，尤其是海洋哺乳动物和海鸟等造成极大的危害。使用分散剂法清理油污的优势在于，其可以极为迅速地将积聚于海面上的漏油稀释至水体之中，从而减少大面积漏油对海洋生物的危害。但由于分散剂本身存在毒性，这使得其在用于清污的同时，也有可能对海洋生态环境带来二次污染。

用细菌来“吃掉”污染漏油

围油法、分散剂法等技术，虽在当前海洋漏油清污领域中使用极为频繁，但这些技术在运用的同时，依然有着难以克服的短板。譬如，围油法一般仅适用于对海面上的漏油进行清污，但对深海中的漏油则望尘莫及。分散剂法则因自身试剂的毒性，在清污的同时会引发副作用的产生。

为此，现代科技对于漏油清污技术的探索，始终未曾停下前行的脚步。墨西哥湾石油泄漏事件发生后，科学家注意到，某些自然生长于海洋和土壤之中的细菌能够吞噬诸如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等碳氢化合物。在墨西哥湾泄漏的油井中，科学家们就发现了一些嗜油菌。这些细菌不仅能在泄漏的石油中大幅繁殖，且能够以惊人的速率来对石油进行分解。正是由于这些细菌的存在，令墨西哥湾石油泄漏事件的危害后果没有进一步恶化。

污染漏油监测技术的补强

除了对已泄漏油污的事后清理外，如何采用可靠的技术来对庞大的油气管道予以事前的泄漏监测，同样十分重要。目前，采油平台、油气公司等或配备技术人员对油气管道进行巡查，使用感应仪器探测细微裂缝中释放出的气体；或使用带有红外或激光摄像头的直升机、飞机、无人机，从空中对油气管道系统进行全面扫描；或者直接向管道中植入载有传感器的微型机器人，以便于对整个管道的内部状况予以监控。不过，现有的石油泄漏监测手段，仍无法全面阻挡事故的发生。

为了应对这些现实的问题，科学家们随之将新科技研发的视角，转向了那些神奇的嗜油细菌。这些细菌与生俱来的本领，使得其可以大口“吃掉”污染漏油。科学家们经过研究发现，嗜油菌在“吞食”泄漏油污的同时，还能够产生一定的电流与电压，堪称是以细菌为“核心”的微生物燃料电池。因此，有科学研究团队利用这些细菌，制作出了一种特殊的生物传感器，并尝试将其应用于油气泄漏的监测与报警。

细菌监测传感器如何工作

细菌监测传感器在工作时，就如同一块微生物电池。电池的阳极由含一定浓度的微生物多孔膜所组成。当石油等碳氢化合物分子通过该膜进入这一人为的监测传感器后，其含有的嗜油细菌就会将它们吞食掉，且形成电流。

当没有发生石油泄漏的正常情形下，监测传感器内的嗜油细菌并不会饿死。这些细菌的“饮食结构”较为广泛，还可以水中或土壤中的有机化合物为“食物”。但对于嗜油细菌而言，最美味的“食物”当属石油无疑。一旦有石油泄漏后，监测传感器内的嗜油细菌就会极为活跃。其在大量吞食石油的同时，新陈代谢也在不断加速，身体活跃度同样急剧上升，进而产生大量的电子。随着电子数量的增加，人们就可以探测到传感器所发出的无线信号。在这一信号达到一定程度后，即说明有石油泄漏的事故发生。以细菌为基础的监测传感器的体积极为小巧，完全能够吸附在油气管道外侧进行工作。细菌监测传感器可以在探测已泄漏石油的基础上，第一时间发送无线报警信号。人们根据实时收到的报警信息，就可及时作出应急预案与调整计划。

虽然与现有污染漏油监测技术相比，细菌监测传感器的工作原理堪称完美，但科学家在研究中也发现，这一监测技术的可靠性还需要进一步提升。客观而言，这一监测传感器并非百分之一百的人工制造产品，作为自然界生物的细菌自身也存在着多变性的一面。在某些极端情况下，安置于油气管道外部的嗜油细菌突然不工作了，停止吞食石油；或者细菌在吃饱后就不再继续摄入石油；再或者在碳氢化合物种类极为丰富的情况下，细菌开始“挑肥拣瘦”。这就如同在吃一顿丰盛的自助大餐，细菌往往只会挑选那些美味、可口的海鲜和牛排来摄入。当嗜油细菌存在“挑食”现象后，其對于石油泄漏的监测就会变得不那么准确。

此外，倘若食物一看就毫无食欲或者不甚可口，难以符合嗜油细菌的“胃口”，细菌可能就会选择不再进食。在此情形下，人们就难以完全依靠细菌来对泄漏油污进行监测。为此，科学家们也考虑将细菌监测传感器与现有的仪器设备相衔接，从而优化现有设备的检测灵敏度与反应时间，尽可能地将泄漏石油的数量与被破坏的环境影响降到最低程度。

除了用于海底油气管道泄漏监测外，嗜油细菌监测传感器在其他领域亦有着应用前景。譬如，对于油库、油罐等储油场所，或者运油卡车、油轮等交通运输工具，都可以将嗜油细菌监测传感器应用其中，从而对于石油泄漏的预防与监测起到重要的预警作用。

用细菌清理泄漏的油污

根据细菌传感器监测油污泄漏的原理，科学家们同时也想到了，是否可借助这些细菌的力量来清理已经泄漏出的大面积油污。借助于嗜油细菌的生物降解技术的关键，即是提升海洋环境中嗜油细菌对于石油烃类的分解速度。具体而言，氮、磷等营养物质的供给，嗜油细菌的数量，氧气供给等因素，都决定着分解速度的快慢。因此，在采用这一生物降解技术来清理油污时，一方面可以利用海洋自身环境下就已存在的嗜油细菌，为其提供必要的营养物质与氧气；另一方面，在营养物质与氧气充足的前提下，则可人为向海洋中投入额外的嗜油细菌制剂。依托嗜油细菌的生物降解法技术，不仅可以清理浮于海洋表面的油污，还可同时清理深海中的漏油，清污覆盖范围极广。此外，嗜油细菌在介入时，其所产生的副作用远远小于分散剂法等化学清污技术。不过，某些嗜油细菌在降解石油时需要耗费较长的时间，仅仅适合于厚度较薄的油层清污。为配合生物降解所投入水体的大量营养物质，也有可能对部分海洋动植物带来危害，或者造成水体的富营养化。为此，在污染漏油事故的实际清污处理中，需要考虑将生物降解技术、围油法技术、分散剂法技术予以综合应用，从而达到最佳的清污与补救效果。