一、項目研究意義和研究價值及應用前景
所謂海上石油生產(chǎn)水，是指海洋石油開采過程中從油層分離的水。一般來說，海上石油生產(chǎn)水成分復雜,除了含有可溶性鹽類和重金屬、放射性成分，懸浮的乳化油、固體顆粒和硫化氫等天然雜質(zhì)外，還含有一些用來改變采出水性質(zhì)的化學添加劑和注入地層的除氧劑、潤滑劑、殺菌劑、防垢劑以及酸類物質(zhì)?，F(xiàn)代社會經(jīng)濟高速發(fā)展的今天,石油天然氣等資源越來越重要,然而在石油的開采加工過程中會產(chǎn)生重金屬、石油烴、多環(huán)芳烴等多種污染物,這些物質(zhì)排放到水體、大氣、土壤中,對周圍環(huán)境產(chǎn)生了一定的影響【1】。
目前,我國海洋石油工業(yè)的發(fā)展與海洋環(huán)境保護的矛盾日益突出,海洋石油勘探開發(fā)中的環(huán)境污染問題越來越引起人們的重視【2】。
近年來，隨著海洋石油工業(yè)的迅速發(fā)展，海上石油生產(chǎn)水大量產(chǎn)生并外排到海水中。然而,這類排水是否對水生生物產(chǎn)生毒害作用以及如何影響海洋生態(tài)系統(tǒng)，則缺乏有說服力的相關(guān)定量數(shù)據(jù)。目前，我國對水和廢水排放的水質(zhì)評價與監(jiān)督以理化分析為主。但是，現(xiàn)實中常有理化分析指標合格的廢水，生物毒性卻很大，尤其對于海上石油生產(chǎn)水等組分復雜的廢水，更難以用理化分析指標真實反映出它們對水生生物以及水生生態(tài)系統(tǒng)的影響【3】。
由于海洋石油開采所排放的污染物種類日益增多,對海洋環(huán)境的影響不斷加劇,快速評價海洋污染物的毒性變得更加重要。海洋水體油污染來源于天然和人為兩方面原因。天然原因之一為海底油藏中的石油通過地層斷裂或裂縫滲出，滲出程度與地殼構(gòu)造活動帶有關(guān)。已發(fā)現(xiàn)在加利福尼亞、阿拉斯加岸外、阿拉伯灣、紅海和南中國海等地都有地下原油滲出。天然原因之二為河流從陸地含油沉積巖侵蝕下來的油再搬運輸入海洋。海洋水體油污染人為來源很多，如海上石油生產(chǎn)、FPSO外輸、海洋運輸、平臺能源供應用油、伴生油氣等【4】。
在海上石油開發(fā)中，海上采油平臺常發(fā)生溢油，海上運輸石油中油作業(yè)排污、碼頭作業(yè)排污、修船作業(yè)排污、壓艙水排污及游輪和非游輪碰撞、觸礁等事故溢油。而原油外輸則是一項高風險，持續(xù)時間長，需要多方密切配合的重大聯(lián)合作業(yè)，需要多方共同配合，任何的疏忽和其他不可抗拒的因素都有可能會導致人員傷亡，造成海洋污染。油污污染對海洋環(huán)境會造成多方面的危害，含油污水的不合理排放是對海洋環(huán)境的一種慢性長期輸入，其在海洋環(huán)境中的表現(xiàn)形式主要以油膜、溶解分散態(tài)、乳化以及凝聚態(tài)殘余物等四種形式存在。石油主要由烷烴、芳香烴、環(huán)烷烴以及含氧、硫、氮等數(shù)百種化合物組成，其物理影響和化學毒性會嚴重危害海洋生態(tài)環(huán)境。海洋具有森林一樣的能力：吸收二氧化碳。海洋中石油的污染會影響海洋吸收二氧化碳的機制，形成碳酸鹽或碳酸氫鹽，對海水中氧氣與二氧化碳的平衡產(chǎn)生破壞；附著在海面上的油膜還會造成陽光輻射的減弱。以上因素將會影響到浮游植物的光合作用，破壞食物鏈，造成生物的死亡。1L石油完全氧化需要4萬L的溶解氧，會造成海水缺氧，引起海洋中的微生物和藻類死亡，因氧氣的短缺，引起厭氧生物大量繁殖，造成海洋食物鏈破壞，造成海洋生態(tài)系統(tǒng)失衡【5】。
海域石油污染，一是污染了的漁業(yè)水域，使對蝦養(yǎng)殖池不能正常納水，二是增養(yǎng)殖品種因水質(zhì)惡化大量死亡影響產(chǎn)量。由于石油中含有氮元素，在化學反應下，含氮物質(zhì)促使海水富營養(yǎng)化，這是赤潮藻類能夠大量繁殖的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，國內(nèi)外大量研究表明，海洋浮游藻是引發(fā)赤潮的主要生物，在全世界4000多種海洋浮游藻中有260多種能形成赤潮，其中有70多種能產(chǎn)生毒素【6】。
他們分泌的毒素有些可直接導致海洋生物大量死亡，有些甚至可以通過食物鏈傳遞，造成人類食物中毒。石油的污染甚至會造成大氣污染，石油在水體中以油膜形式浮在水面，表面積非常大，在多種自然因素作用下，其中一部分組分和分解產(chǎn)物揮發(fā)進入大氣，污染和毒化水體上空和周圍的大氣環(huán)境。由于擴散和風力的作用，會使污染范圍不斷擴大。
隨著海洋石油工業(yè)的發(fā)展和公眾海洋環(huán)保意識的不斷增強及各國海洋保護法的執(zhí)行力度加大，防污染規(guī)范標準越來越高，執(zhí)行越來越嚴格，為滿足國家環(huán)保要求和資深發(fā)展需要，深入研究海洋石油水和污染物的危害和防范，實現(xiàn)含油污水的“零排放”，以保護我們藍色國土【7】。
參考文獻
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二、項目研究內(nèi)容
生物監(jiān)測中最主要方法是指示生物法,即利用生物個體組織細胞的形態(tài)變化及體內(nèi)污染物含量的變化來監(jiān)測海洋污染程度,其中指示動物的篩選及其實驗動物化是目前實驗動物工作者需要開展的重要研究課題之一。針對海洋石油開發(fā)污染物成份復雜和多變的特點,指示生物的選擇應根據(jù)具體情況有所區(qū)別。采用水生毒理學研究中常用的大型蚤和斑馬魚2種典型水生生物為實驗生物，對我國南海油田的石油生產(chǎn)水的生態(tài)毒性進行分析和評價，旨在為正確認識海上石油生產(chǎn)水可能造成的生態(tài)后果提供科學依據(jù)。
海洋石油開發(fā)污染物生物監(jiān)測中實驗動物的篩選
嚴格講,作為指示海洋污染的受試動物應具備幾個基本條件:能累積一定的污染物而不會死亡；能代表污染海域的生物群落；種群密度大,易于采集和在實驗室培養(yǎng)存活；較長的壽命；個體足夠大，能提供組織細胞供分析；不同條件下，所有動物個體內(nèi)污染物濃度與環(huán)境的平均濃度表現(xiàn)一致的相關(guān)性，但實際中完全符合這些條件的動物并不存在。目前世界各國用于監(jiān)測海洋石油污染的受試動物有許多,從細菌、原生動物到蝦、魚等較高級動物,從動物的組織細胞、酶和蛋白質(zhì)到動物整體。這些材料差異太大,至今尚未找到國際上普遍接受的指示動物種類,而且離嚴格意義上的實驗動物還有相當大差距。
建立標準化的實驗動物是開展海洋污染物生物監(jiān)測的必須前提,淡水水生動物中,紅鱒和斑馬魚等已經(jīng)實驗動物化，國內(nèi)的紅劍魚、稀有鯽等有望培育成為實驗動物。海洋水生動物中,目前還沒有達到標準化意義上的實驗物種。在國外,月銀漢魚、糠蝦是常用的實驗生物,但也沒有完全標準化。國內(nèi)用于海洋污染的監(jiān)測物種較多，大多未實驗動物化和實現(xiàn)市場化供應。
三、擬研究方案
實驗器材
溶解氧測定儀、水硬度計、溫度控制儀、pH計、1000mL的玻璃燒杯、抄網(wǎng)、體視顯微鏡、培養(yǎng)皿、原子吸收分光光度計、LY-05型BOD儀和5B-3型COD儀等。
實驗動物
試驗所用魚種斑馬魚為國際通用的魚類急性毒性試驗生物。馴養(yǎng)期間每日投餌1次,按日常管理要求進行換水和清污。試驗用水為曝氣充氧除氯48h以上的自來水,其基本水質(zhì)如下:pH為8.36±0.20,溶解氧>5.5mg·L-1,水溫為(22.0±0.2)℃,總硬度為200-250mg·L-1(以CaCO3計)。容器為20L的玻璃缸.充氧裝置為市售雙頭充氧器。試驗前一天停止喂食,試驗中亦不喂食。
馴養(yǎng)期間和試驗期間溫度控制在21-23℃。
大型蚤在(20±2)℃自然光照條件下進行培養(yǎng),飼以綠藻。從中選出健壯的母體再進行培育繁殖。參照大型水蚤測試標準方法對水質(zhì)等的規(guī)定進行飼養(yǎng),每批試驗蚤均為同齡同母體后代,蚤齡為6-24h。實驗過程中不喂食。急性毒性試驗中所用水采用國際標準化組織規(guī)定的標準稀釋水。
鎖定南海油田為試驗水樣的采集區(qū)域，在不同海域分別采集石油水，同時，采集水樣經(jīng)過某種工藝處理后的水樣。水樣到達實驗室后進行基本水質(zhì)參數(shù)分析。與此同時，進行大型蚤的48h急性毒性實驗和斑馬魚96h急性毒性實驗。
實驗步驟
參照國家環(huán)保局主編的《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第4版)(國家環(huán)?？偩?2002)制定的實驗規(guī)程和國家標準《水質(zhì)、物質(zhì)對淡水魚類(斑馬魚)毒性測定方法》(GB/T13267291)采用半靜止試驗的方法。根據(jù)預試驗得出的試驗結(jié)果,在包括使斑馬魚全部死亡的最低濃度(LC0)和96h全部存活的最高濃度(LC100)之間選擇試驗濃度；配比水總體積為1000mL,每燒杯中放10尾魚,設(shè)置6個濃度組和1個空白對照組,每濃度組設(shè)3個平行。試驗持續(xù)96h,每天記錄2次死魚數(shù)以及DO、水溫和pH值變化情況,及時將死魚取出.試驗過程中要注意空白對照組的死亡率不得超過10%,對照組試驗期間魚的外表及行為不正?；虿B(tài)魚也不得超過10%,否則重新進行試驗。
大型蚤實驗同樣參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第4版)(國家環(huán)?？偩?2002)實驗規(guī)程。根據(jù)預實驗結(jié)果，在包括使大型蚤全部死亡的最低濃度(LC0)和48h全部存活的最高濃度(LC100)之間選擇試驗濃度(以體積分數(shù)表示)。配比水總體積為50mL，每個培養(yǎng)皿中放10只大型蚤，設(shè)置6個濃度組和1個空白對照組，濃度以幾何級數(shù)排列，每濃度組設(shè)3個平行。試驗持續(xù)48h，試驗期間經(jīng)常觀察大型蚤的活動與生存情況，及時取出死蚤。使用體視顯微鏡觀察并記錄24h和48h大型蚤累計死亡和抑制數(shù)。
四、結(jié)果
石油生產(chǎn)水對大型蚤均有一定的生態(tài)毒性，當大型蚤放入水樣中時，有一定的表現(xiàn)癥狀，表現(xiàn)為：大型蚤受抑制時,剛開始時游動速度與對照組相比反而加快，但表現(xiàn)不是很明顯；主要表現(xiàn)為先很快地在水中游動或打轉(zhuǎn)，然后沉于底部長期不動，過一段時間又會再次在水中快速游動或打轉(zhuǎn)，然后沉于底部；如此反復，直至死亡發(fā)生。不同的采樣點水樣的毒性有差異，水樣經(jīng)過一定的工藝處理后，其生態(tài)毒性有所降低，但降低的幅度不大，很可能仍對水生生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成較大的威脅。
石油生產(chǎn)水對斑馬魚也有一定的毒害作用。當斑馬魚暴露于這些水樣后，其中毒癥狀主要表現(xiàn)為：低濃度水樣主要使其行為加快，表現(xiàn)為強烈地快速游動，運動的協(xié)調(diào)能力逐漸降低；在較高濃度處理下，斑馬魚首先表現(xiàn)為運動興奮，隨后便靜止不動，最后死亡，這也可能是其運動神經(jīng)受到刺激的緣故。不同水樣對斑馬魚的生態(tài)毒性不同，但差異不大。
五、結(jié)論
加強海上石油生產(chǎn)平臺廢棄物的研究分析，對石油開采和海洋環(huán)境保護具有重要意義。其一，它有利于將實驗室的研究理論和海上石油生產(chǎn)平臺的生產(chǎn)實際結(jié)合起來，加強對不可再生的石油資源管理,并且可以減少因開采石油而造成的環(huán)境污染，這也是人類不斷改善自身行為和習慣，使之更好地適應可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求的具體體現(xiàn)。其二，它可以起到減少海洋環(huán)境治理成本的作用，是貫徹我國城市生活垃圾“減量化、資源化、無害化”方針的重要措施。所以，隨著海上石油開采的進一步壯大，加強其廢棄物的管理尤其必要和緊迫。
