化學(xué)消油劑在水域溢油應(yīng)急處置中的應(yīng)用

時(shí)間：2023-03-07 14:05:53 化學(xué)畢業(yè)論文我要投稿

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摘要：合理地正確使用化學(xué)消油劑是水域溢油應(yīng)急處理中的重要技術(shù)手段之一。文章介紹了消油劑發(fā)展歷史、作用機(jī)理及其特點(diǎn)，通過分析影響其應(yīng)用效果的各種因素，提出消油劑在管理、使用中應(yīng)注意的相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞：化學(xué)消油劑溢油污染污染控制

一、引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快，海上交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展和海洋油氣資源的進(jìn)一步勘探開發(fā)，海上溢油事故也不斷地增多。溢油污染是各種海洋污染類型中發(fā)生頻率最高、分布面積最廣、危害程度最大的一種。溢油發(fā)生后可采取多種應(yīng)急措施,如采用圍油欄圍控、機(jī)械回收、就地燃燒或噴灑化學(xué)藥劑等，其中, 向溢油海面噴灑化學(xué)消油劑是較早采用的一種方法。特別是在大風(fēng)浪中或入海油量很大、回收效率很低的情況下使用化學(xué)消油劑，是常用的應(yīng)急措施之一。化學(xué)消油劑猶如消防器材中的滅火器一樣，已成為港口碼頭、海上石油平臺(tái)、航運(yùn)船舶等防溢油必備的物品之一。

對處理水域溢油的化學(xué)制劑統(tǒng)稱謂油處理劑。按其類型可分為凝集沉降型、凝集上浮型和乳化分散型3種。當(dāng)前各國使用最多、效果較好的是乳化分散型油處理劑，也稱之為化學(xué)消油劑或溢油分散劑。但化學(xué)消油劑在應(yīng)用中若使用的是乳化效率差、毒性大、不易降解的劣質(zhì)分散劑，或者在水交換差的局限水域內(nèi)使用分散劑，就可能出現(xiàn)油被乳化進(jìn)入水體卻不能擴(kuò)散，水體油份濃度急驟增加而窒息水生物。破壞生態(tài)環(huán)境的局面，或發(fā)生劣質(zhì)分散劑毒死水生物的情況。這就是人們所說的“二次污染”問題。安全合理地使用和管理消油劑，是項(xiàng)操作復(fù)雜的工作。當(dāng)前，許多船舶、作業(yè)單位或其代理人對消油劑的相關(guān)知識(shí)以及管理和使用規(guī)定知之甚少，同時(shí)，又缺乏這方面的培訓(xùn)。而合理地正確使用合格的分散劑是保護(hù)海洋環(huán)境所必須，故對此進(jìn)行探討是十分必要的。

二、化學(xué)消油劑的發(fā)展簡史

化學(xué)消油劑研發(fā)始于20世紀(jì)60年代初，至今，其發(fā)展大致經(jīng)過3個(gè)階段。第一代稱謂“醚型”產(chǎn)品，采用毒性很大的陰離子表面活性劑，如烷基酚聚氧乙烯醚類。第二代稱謂“酯型”產(chǎn)品，這種消油劑是非離子的，毒性小，乳化性良好，如聚乙二醇油酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐油酸酯等。第三代主要是指濃縮型的,且其原料山梨醣醇、脂肪酸等都是來自農(nóng)副產(chǎn)品,溶劑是用合成的聚乙二醇，毒性非常小,只是第一代產(chǎn)品的1‰。

三、化學(xué)消油劑的作用機(jī)理

化學(xué)消油劑是表面活性劑、溶劑及少量助劑復(fù)配而成的油處理劑。其作用機(jī)理是利用表面活性劑的乳化作用，使油膜乳化形成O／w型乳狀液。溶劑能降低油類黏度，使其易于乳化。而少量助劑能促進(jìn)乳化分散過程，提高乳化效率，增加乳狀液的穩(wěn)定性。

當(dāng)將足夠量的化學(xué)消油劑噴灑在溢油膜上時(shí)，表面活性劑分子即刻在油一水界面上發(fā)生定向吸附，親油基伸向油，親水基伸向水，使界面張力大大下降，并形成具有一定強(qiáng)度的界面膜。其結(jié)果削弱和降低了油膜的黏聚性，使油膜易于乳化分散成小油滴而轉(zhuǎn)入水體中，尤其是在外動(dòng)力(由風(fēng)、浪或工作船引起)作用下，能加快其乳化分散過程而形成O／W型乳狀液。且其沉降深度不超過3 m，易于在海面上擴(kuò)散，并經(jīng)歷物理的、化學(xué)的、生物的變化而使其自然消失。圖1表達(dá)了化學(xué)消油劑擴(kuò)散過程的幾個(gè)方面。

圖1 擴(kuò)散過程

四、化學(xué)消油劑的特點(diǎn)

1．化學(xué)消油劑的優(yōu)點(diǎn)

快速形成水包油型微粒子，降低了油分濃度，增大了油粒子的表面積。利于石油的溶解和蒸發(fā)、生物降解和氧化作用(主要是光氧化反應(yīng))的進(jìn)行，加速自然凈化消散過程；同時(shí)使水生生物不能與油粒子表面直接接觸，避免或減少了石油對水生生物的毒害；使石油失去了黏附力，不再黏附船舶、礁石和海上建筑物；防止形成油包水型乳狀液(巧克力奶油凍)，減少了石油沉積；在海浪高于1．5 m，不能使用圍油欄和撇油器等機(jī)械清除溢油的情況下，選用直接噴灑消油劑的方法，實(shí)現(xiàn)對海面大面積溢油的控制和清除處理；可減少烴類擴(kuò)散,減少爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)。

2．化學(xué)消油劑的缺點(diǎn)

在短暫時(shí)間內(nèi)化學(xué)消油劑的局部濃度較高，可能與水體內(nèi)的生物有短暫接觸，會(huì)給某些生物的發(fā)育生長帶來影響。目前市場上流通的化學(xué)消油劑，對高黏稠油(如高黏度重油、高蠟質(zhì)油等)以及在低溫(10℃以下)下使用，還存在著乳化率低或無效的弱點(diǎn)。費(fèi)用昂貴，消油劑的用量起碼為溢油量的20%以上,以30%~40%為好,而有時(shí)在處理粘度小或薄油層時(shí)耗量更可達(dá)到溢油量的100%。在實(shí)際處理大規(guī)模油膜時(shí),采用如此高的消油劑和溢油量的比值導(dǎo)致處理價(jià)格相當(dāng)高。消油劑通常要采用特殊裝置如船舶、飛機(jī)進(jìn)行噴灑，飛機(jī)噴灑用于處理不規(guī)則的大片油膜,覆蓋海面的油膜厚度不一,所噴的消油劑不可能都與油膜相遇,造成消油劑的大量浪費(fèi),增加了處理成本。

消油劑的使用受時(shí)間和地點(diǎn)的限制。

五、影響乳化分散效果的因素

在抗溢油的實(shí)踐中，化學(xué)消油劑的乳化分散效果，除主要取決于化學(xué)消油劑本身性能外，還受油的性狀(黏度、傾點(diǎn)、組成)和環(huán)境條件(水穩(wěn)、水分含鹽量、水動(dòng)力作用)等因素的影響。因此，了解這些因素的影響，對化學(xué)消油的應(yīng)用是至關(guān)重要的。

1．油黏度的影響

一般常用的化學(xué)消油劑只適用于黏度原油(300 CSC以下)和中黏度原油(2 000 csc以下)的乳化分散處理。對高黏度原油(2 000 CSC以上)是難于乳化分散的，甚至噴與不噴化學(xué)消油劑的作用效果是一樣的。例如，高黏稠原油、高臘質(zhì)原油以及風(fēng)化油(巧克力奶油凍)、焦油球等。

2．傾點(diǎn)的影響

實(shí)踐證明，化學(xué)消油劑只能對流動(dòng)的油有效，而對凝集成塊或形成硬表面的油，由于化學(xué)消油劑不能滲透其中，甚至較快的從其表面滑落水中，就無法使油乳化分散。因而，使用化學(xué)消油劑的環(huán)境溫度應(yīng)高于石油的傾點(diǎn)溫度。但考慮到石油是一種以烴類為主的多點(diǎn)組分混合物以及傾點(diǎn)本身表征石油特性的局限性等因素，并非各種原油都要在其傾點(diǎn)溫度下，被化學(xué)消油劑乳化分散而轉(zhuǎn)入水體中。例如，渤海埕北B平臺(tái)原油傾點(diǎn)溫度為9．5°С，但可使其化學(xué)分散的溫度至少要在14°С以上。這種情況大多發(fā)生在傾點(diǎn)溫度較低的原油。對于傾點(diǎn)溫度較高的原油，皆可在其傾點(diǎn)溫度下有較好的化學(xué)分散性(原油黏度低于2 000 csc)。因此，使用化學(xué)消油劑處理溢油時(shí)，其環(huán)境水溫應(yīng)不低于擬處理油的傾點(diǎn)，最好要高于擬處理油的傾點(diǎn)5°С以上。

3．組成的影響

國內(nèi)外的許多研究結(jié)果表明，黏度相同的原油，具有不同的乳化效率，甚至可相差l倍以上。其主要原因是由于原油中固有的天然表面活性物所導(dǎo)致的結(jié)果。天然表面活性物的存在，增大了原油的油一水界面張力，降低了化學(xué)消油劑對油的乳化分散效果。原油的化學(xué)可分散性，并非僅由黏度的單一因素所決定的。

4．溫度的影響

國內(nèi)外的研究結(jié)果都已證實(shí)，對給定的受試油和化學(xué)消油劑，其乳化分散效果是隨溫度的下降而降低。目前國內(nèi)外市場上流通的化學(xué)消油劑商品，水溫大都要求在15°С以上使用，否則會(huì)影響其乳化分散效果，并可能加重海洋環(huán)境負(fù)荷，不利于海洋的自凈化過程。

5．鹽度的影響

消油劑主要用于海面溢油處理。有關(guān)鹽度對其乳化分散效果的影響，國內(nèi)外的研究結(jié)果表明，化學(xué)消油劑對油的乳化分散效果是隨環(huán)境水體鹽度的增加而提高。鹽度的影響主要是表面活性劑的HLB值，使其表面活性提高。

6．其他因素的影響

除前邊所討論的影響因素外，還有諸如化學(xué)消油劑的用量、噴灑技術(shù)(噴灑方法及其設(shè)備)以及水動(dòng)力波作用等，皆可對化學(xué)消油劑乳化分散效果造成影響。

化學(xué)消油劑在水域溢油應(yīng)急處置中的應(yīng)用

六、消油劑合理使用與科學(xué)管理

1．消油劑檢驗(yàn)核準(zhǔn)

消油劑的檢驗(yàn)核準(zhǔn)是一項(xiàng)政策性和權(quán)威性極強(qiáng)的工作。交通部海事局于2000年10月27日頒布了《消油劑產(chǎn)品檢驗(yàn)發(fā)證管理辦法》。規(guī)定消油劑產(chǎn)品必須由經(jīng)過認(rèn)可的檢驗(yàn)單位進(jìn)行檢驗(yàn)，并取得中國海事局頒發(fā)的有效的產(chǎn)品型式認(rèn)可證書。產(chǎn)品檢驗(yàn)項(xiàng)目有：外觀、ＰＨ值、燃點(diǎn)、粘度、乳化率、魚類急性毒性和可生物降解性。檢驗(yàn)必須符合交通部標(biāo)準(zhǔn)JＴ２０１３《溢油分散劑技術(shù)條件》的要求。至2005年6月中國海事局發(fā)布認(rèn)可的消油劑產(chǎn)品列表如下。

表1中國海事局發(fā)布認(rèn)可的消油劑產(chǎn)品列表（至2005年6月）

2．海事部門對船舶、碼頭、設(shè)施使用化學(xué)消油劑作業(yè)實(shí)行嚴(yán)格的行政許可制

船舶、作業(yè)單位或其代理人應(yīng)具備條件：1、申請使用的化學(xué)消油劑為交通部海事局認(rèn)可；2、符合《溢油分散劑使用準(zhǔn)則（GB 18188.2—2000）》規(guī)定的使用條件；3、使用方法符合《溢油分散劑使用準(zhǔn)則（GB 18188.2—2000）》的規(guī)定；4、申請使用的數(shù)量與處理的溢油適當(dāng)，并提交材料：①使用化學(xué)消油劑申請；②擬使用消油劑的品種型號(hào)及使用說明材料；③說明申請使用消油劑的使用區(qū)域和污染情況、使用方法、使用時(shí)間、計(jì)劃用量、使用理由和對使用效果的預(yù)測的材料；④有關(guān)專家或相關(guān)人員的評估意見（大量使用時(shí)）；⑤使用化學(xué)消油劑情況報(bào)告（經(jīng)批準(zhǔn)使用后提交）。

3．使用分散劑時(shí)，需要考慮使用時(shí)間以及地點(diǎn)的限制，還要注意使用現(xiàn)場的具體情況，如溢油區(qū)域的氣象、水文、海況、溢油狀態(tài)、油膜類型、乳化程度油膜厚度等

溢油入海后,通常經(jīng)過2小時(shí)便形成所謂“巧克力奶油凍”,含水率達(dá)到60%,消油劑對其無能為力。因此,在處理海面溢油時(shí),消油劑的使用必須做到不誤時(shí)機(jī),搶在溢油發(fā)生后2小時(shí)內(nèi)到位。特別要注意限制使用溢油分散劑的幾個(gè)原則，a)溢油為汽油、煤油等易揮發(fā)的輕質(zhì)油，或呈現(xiàn)彩虹特征的薄油膜; b)溢油為高蠟含量、高傾點(diǎn)的難于化學(xué)分散的油; c)溢油在環(huán)境水溫下不呈流態(tài)或經(jīng)過幾天風(fēng)蝕后形成具有清晰邊緣的油包水乳化物的厚碎片; d)溢油發(fā)生在封閉的淺水區(qū)或平靜的水域;e)溢油發(fā)生在淡水水源或?qū)λa(chǎn)資源有重大影響的區(qū)域。

4．消油劑應(yīng)用時(shí)操作復(fù)雜，操作人員必須有熟練的技術(shù),未經(jīng)訓(xùn)練的人員很難勝任工作

分散劑的噴灑，一般是用船舶或飛機(jī)來進(jìn)行。選用何種噴灑方法，主要取決于分散劑的類型、溢油的位置、面積大小以及噴灑分散劑的船舶或飛機(jī)的有效利用率。表2概括了各種噴灑裝置的主要特性。

表2 各種分散劑噴灑裝置的比較

10
費(fèi)用較低，能安裝在大多數(shù)類型船舶上
與油面接觸范圍受限制，笨重的水面攪拌裝置不能懸掛在船首，泵的排量不可改變

華倫型近海噴灑裝置
烴基型

濃縮型

4
費(fèi)用較低，迅速方便地裝到大部分主機(jī)為15馬力引擎的船上，專用于近岸清除溢油
與油面接觸范圍受限制，不能懸掛在船首，泵的排量不可改變

原液直接噴灑裝置
濃縮型

220
70
費(fèi)用低，能裝于大多數(shù)船舶的船首，噴灑率可調(diào)節(jié)
由于噴灑速率大，分散劑浪費(fèi)可能較大

PIPER PAWXEE 播種飛機(jī)
濃縮型

120
40
迅速，速率高，尤其適宜于不連續(xù)的油膜，能在簡易機(jī)場起飛和著落
裝載量和續(xù)航時(shí)間有限，由于使用單引擎飛機(jī)，所以只適用于近海水域

道格拉斯DC6型噴灑飛機(jī)
濃縮型