生物污损是一个老生常谈的问题了，自打人们开始造船，这种固着的水生生物就没有少过，它们随时会附着在船体上并把船体当成安家的理想场所。

    全世界的海军和航运业都清楚，带着这些附着在船体上的五花八门的水下野生生物航行会给船的性能、速度和燃料消耗带来巨大的不利影响。

    一、生物污损的形成

    生物污损根据其在基体上的附着形式可分为两类：第一类污损是由各种细菌和微型动植物等微观有机体吸附在材料表面并繁殖引起的，称之为微生物污损；第二类污损是各类大型藻类及原生动物个体附着在基体表面并逐渐繁殖而形成的，称为大型生物污损，是肉眼可见、最为常见也是最为广泛的一类污损。

    海下固体表面上生物污损层的形成历经三个阶段，即修整膜、生物膜和生物污损层。任何侵入海水的物体在数分钟内表面就会吸附一层有机物，形成修整膜；然后细菌和硅藻等相继在修整膜上附着并分泌胞外代谢产物形成微生物膜或黏膜；随后其他原核生物、真菌、藻类孢子以及大型污损生物幼虫在膜中发育生长，最后形成复杂的大型污损生物层。作为海洋污损的必经阶段，生物膜厚度可达微米级，是由微小生物及其代谢物连同海洋中的一些有机物、颗粒物相互粘连一起形成的厚度小于 1mm的膜状生物群落，研究表明水、细菌及其胞外高聚物是生物膜的主要成分。生物膜的形态及结构在很大程度上决定大型污损生物的附着，并最终影响整个生物污损层的形成。

    海洋生物污损过程大体可分成三个阶段：初期阶段、发展阶段、稳定阶段。

    污损过程初期阶段为细菌和硅藻分泌粘液在海中洁净物体表面形成微生物粘膜；发展阶段为大型污损生物的幼体开始附着，种类和个体数不断增多，群落体积和质量不断增大，演替现象明显，一些个体密度大，生长迅速的种类成为群落的主导种；稳定阶段为生长期长、个体大的种类充分生长，排挤或覆盖了一些已经附着的中、小型种类，群落种类组成比较复杂和质量较大，随着时间的推移，其结构不会发生很显著的变化。

    二、生物污损的危害

    污损生物的种类和污损的影响程度随海域、海水深度、温度和使用海水的设施的不同而不同。海洋生物污损的危害可以归纳为三大类：

    加速金属的腐蚀污损生物在钢板上附着，由于硫酸盐还原细菌、铁细菌的作用，使金属的腐蚀加剧；一些污损生物会破坏金属表面的涂层，使金属裸露而导致金属的腐蚀；有石灰外壳的污损生物覆盖在金属表面，改变了金属表面的局部供氧，形成氧浓差电池而加速腐蚀；一些藻类由于光合作用产生氧气，增加水中的溶解氧的浓度，从而加速金属的腐蚀。影响设施的正常使用对船舶来说，污损生物的附着增加了行进的阻力，使航行速度下降，油耗增加；对海水输送管道和冷却设施来说，污损生物的附着会造成管道的阻塞、换热效率降低；同时污损生物的附着可以造成海中的仪表及转动机构失灵，影响声学仪器、浮标、网具、阀门等设施的正常使用。

    影响水产养殖业的产量和质量污损生物的附着影响牡蛎等养殖贝类的正常生长，使其产量下降。而污损生物在藻类表面的附着，影响了藻类养殖产品质量。

    三、生物污损的防治方法

    海洋生物污损的防治方法多种多样，目前国内尚无统一的分类标准。按防污技术所采用的原理，将其分为以下几种：

    物理防污法指采用物理手段如提高流速、过滤、超声波等来达到防污的目的。物理防污法主要有人工或机械清除法、过滤法、加热法等。人工或机械清除法：主要用于对已经附着污损生物的设施进行人工或机械清除。这种方法是应用最早的防污方法，也是发展比较成熟的方法，目前已有各种用于清理管道、设备内污垢的机械用于实际生产中。这种方法的主要缺点是不能预防污损的发生，只能在污损发生后进行清理。

    过滤法一般和别的防污方法联合使用，作为对海水的初级处理。加热法：向附着了污损生物的海水系统中通入热水，用热水杀死污损生物，然后用大量海水清除残骸。

    超声波法利用电子装置产生超声波来破坏污损生物的生存环境。紫外线防污法，利用紫外光杀死污损生物，从而达到防污的效果。物理防污的方法中，目前最先进的是低表面能涂料防污法。这种防污涂料的主要材料有氟聚合物和以二甲基硅氧烷为基料的硅树脂材料两种。利用这类材料的表面自由能低、污损生物难以附着的特性，从而达到防污的目的。这种防污涂料的最大优点是其环保无毒，不含生物杀生剂，它代表了新型防污技术的发展方向。低表面能涂料在船舶上已有超过60个月的运行纪录。

    化学防污法 指采用化学物质对海洋污损生物进行毒杀，阻止其附着。化学防污法是目前使用最广的方法。根据化学物质的加入方式，又可以将化学防污法分为直接加入法、电解法和化学防污涂料法。

    直接加入法 直接将一些有防污效果的化学物质加入到海水中，抑制或者杀死海洋污损生物。一般加入的化学物质有液氯、次氯酸钠溶液、二氧化氯和臭氧等。由于液氯在贮存、运输和使用中存在安全问题和环境问题，而次氯酸钠溶液贮存时间短易分解，故目前加入液氯或次氯酸钠溶液的方法正在逐渐被其它方法所取代。加入臭氧的方法是一种比较新颖的防污方法。目前国内已有相关的研究报道。与加入氯相比，臭氧具有更强更广谱的杀生作用，而且杀生速度快无污染。臭氧防污技术有着良好的发展前景，但这项技术还有待于进一步完善。

    四、海洋防污

    海洋防污涂料

    海洋防污涂料有着悠久的历史，最初的防污涂料技术可以追溯到 1625 年Willian Beale 的发明，但是直到 1860 年代，才有可实用的防污涂料出现。传统的海洋防污方法是涂装毒性防污涂料，这类防污涂料是以毒料缓慢地释放到船体表面的层流水层中，以杀死在船体表面自由活动的附着生物幼体来达到防除的效果。20 世纪 70 年底以来，国内外大部分国家的船舶都采用自抛光 TBT 共聚物涂料来防治海洋生物污损。这种生物毒素涂料可以阻止污损生物的累积、降低动力拖曳而减少燃油损耗、降低船舶进干坞和清洗时间。由于传统的船舶防污涂料会向海水释放有毒的颜料，分解难以控制，防污有效期短，随着防污技术的进步，这类防污技术已经基本淘汰。而后取而代之的是含金属离子（铜、锌）和杀虫剂的低毒防污涂料，由于不易降解的金属离子在海洋中的沉积和杀虫剂对非目标性海洋生物的毒杀，仍然会对海洋环境造成污染和影响，于是技术逐渐转向新型无毒防污技术。新型无毒防污技术的发展非常活跃，包括低表面能防污、高吸水树脂为基础的防污、电解海水防污、表面植绒防污、硅酸盐高碱性表面防污、纳米防污及生物防污方法。

    低表面能防污技术

    表面能是指某一表面与另一表面的连接能力，表面能低可以阻止海洋生物最初的附着。经研究得知如果能使船体或人工设施表面的自由能降低，利用涂层的疏水结构和低表面能等物理特性防污的完全无毒防污涂料，可使海洋污损生物难以在上面附着，即使附着也不牢固，在水流或其他外力作用下就容易脱落，因此，该类涂料又称之为不粘性涂料或污损物脱落型涂料。低表面能防污涂料通过对机体树脂进行改性，降低漆膜面自由能的方法来抑制海洋生物附着的目的。涂料的表面能只有在低于20mN/m，即涂料与液体的接触角大于98°时才具有防污效果。基于其设计思想，研究人员选择具有低表面能特性的含氟高聚物和有机硅材料进行海洋防污涂料应用研究。聚四氟乙烯具有很低的表面能（18.5mJ/m 2 ），与水的接触角为114°， 理论上应具有优异的防污性，但研究发现防污能力很差，美国海军实验室Schmidt等人研究其原因为：第一，涂层致密性较差，海洋微生物易于深入涂膜内并牢固粘附在涂料孔洞内；第二，涂层表面绝大部分是 CF2 基团，其耐生物附着性能较差；第三，海洋微生物接触涂层表面时，诱导表层聚合物发生重排，使涂层表面能变大。有机硅防污涂料经历了从有机硅橡胶到改性有机硅树脂的研发过程，Brady 等研究了有机硅和氟碳树脂两种涂层上生物的脱落剥离，认为污损生物从涂层表面的剥落可分为剥离、平面剪切、非平面剪切三种方式。

    其中剥离脱落所需的能量最小，污损生物不容易粘附或粘附后最容易脱落。为使污损生物以剥离方式从涂层表面脱落、低表面能防污涂料的涂膜除了必须具有低的表面能外，还应具有足够低的弹性模量。涂膜的弹性模量越低，防污效果越好污损生物的附着量与弹性模量和表面能乘积的平方根成正比。此外防污效果还与涂膜厚度有关，涂膜越厚，污损生物越容易从涂膜表面剥离。低表面能海洋防污涂料研发至今，所合成材料的表面能已经很低（约为 6mJ/m 2 ），然而即使具有最低表面能的光滑表面，其与水接触角也仅有120°， 难以在高。

    近年来，人们相继发展了许多对材料表面进行纳米尺度粗糙化的技术，从而实现大大提高材料表面疏水性能的目的。

    应用技术制备的表面与水的接触角都达到 150°以上，具有超疏水性能和优异的耐粘污性能。

    仿生防污涂料

    生活在海洋中的生物大多具有抵制附着海洋生物的能力：大型哺乳动物海豚的表皮能分泌出特殊的黏液，形成亲水低表面能表面， 使海洋生物难以附着；海蟹可以分泌出一种酶，这种酶能抑制附着生物产生的生物胶的凝固，从而防止生物附着，海藻含有对附着生物有避忌或抑制作用的化学物质；珊瑚、海绵的代谢物能强烈抑制纹藤壶幼虫的附着，致死率低于 5%，远远低于常用防污剂中的 CuSO 4 。仿生防污涂料利用的是仿生学原理，主要有两个方向：一个是提取海洋中的天然活性物质作为防污剂；另一个是模拟大型海洋动物的表皮结构来实现防污。受海豚表面光滑粘膜的启发，研究人员开发出一种可生物降解以乳酸为基础的树脂成膜物。将这种成膜物涂覆在船体表面，形成一层光滑粘膜，随着船舶航行不断降解，始终保持船体表面光滑，达到防污的目的。德国、美国的科学家已表征了大型海洋动物的表皮结构，这些表皮的表面存在微米级沟槽，同时能分泌黏液，这样的特殊结构能阻止海生物的附着，通过仿生方法，利用化学手段模拟这些表层结构，这一技术一旦取得成功，仿生防污涂料将成为真正的无毒防污涂料。

    海洋防污涂料的发展呈现多品种趋势，在众多环保型海洋防污涂料中，对低表面能高分子型的海洋防污涂层的研究与开发仍然是目前环保型海洋防污层研究的热点，随着人们海洋环境保护意识的增强，研究与开发稳定性好、效率高的环境友好型防污涂料是海洋防污涂料技术的最终目标。