化學(xué)消油劑在水域溢油應(yīng)急處置中的應(yīng)用

時間：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、作用機理及其特點，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)濟一體化進程的加快，海上交通運輸業(yè)的發(fā)展和海洋油氣資源的進一步勘探開發(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�；瘜W(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、航運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)油被乳化進入水體卻不能擴散，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)知識以及管理和使用規(guī)定知之甚少，同時，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海洋環(huán)境所必須，故對此進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，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表達了化學(xué)消油劑擴散過程的幾個方面。

圖1 擴散過程

四、化學(xué)消油劑的特點

1．化學(xué)消油劑的優(yōu)點

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))的進行，加速自然凈化消散過程；同時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械清除溢油的情況下，選用直接噴灑消油劑的方法，實現(xiàn)對海面大面積溢油的控制和清除處理；可減少烴類擴散,減少爆炸和火災(zāi)危險。

2．化學(xué)消油劑的缺點

在短暫時間內(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。費用昂貴，消油劑的用量起碼為溢油量的20%以上,以30%~40%為好,而有時在處理粘度小或薄油層時耗量更可達到溢油量的100%。在實際處理大規(guī)模油膜時,采用如此高的消油劑和溢油量的比值導(dǎo)致處理價格相當(dāng)高。消油劑通常要采用特殊裝置如船舶、飛機進行噴灑，飛機噴灑用于處理不規(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,增加了處理成本。

消油劑的使用受時間和地點的限制。

五、影響乳化分散效果的因素

在抗溢油的實踐中，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、組成)和環(huán)境條件(水穩(wěn)、水分含鹽量、水動力作用)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．傾點的影響

實踐證明，化學(xué)消油劑只能對流動的油有效，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)高于石油的傾點溫度。但考慮到石油是一種以烴類為主的多點組分混合物以及傾點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平臺原油傾點溫度為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)生在傾點溫度較低的原油。對于傾點溫度較高的原油，皆可在其傾點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，其環(huán)境水溫應(yīng)不低于擬處理油的傾點，最好要高于擬處理油的傾點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，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，否則會影響其乳化分散效果，并可能加重海洋環(huán)境負荷，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．消油劑檢驗核準(zhǔn)

消油劑的檢驗核準(zhǔn)是一項政策性和權(quán)威性極強的工作。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)可的檢驗單位進行檢驗，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)品檢驗項目有：外觀、ＰＨ值、燃點、粘度、乳化率、魚類急性毒性和可生物降解性。檢驗必須符合交通部標(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、使用時間、計劃用量、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）；⑤使用化學(xué)消油劑情況報告（經(jīng)批準(zhǔn)使用后提交）。

3．使用分散劑時，需要考慮使用時間以及地點的限制，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小時便形成所謂“巧克力奶油凍”,含水率達到60%,消油劑對其無能為力。因此,在處理海面溢油時,消油劑的使用必須做到不誤時機,搶在溢油發(fā)生后2小時內(nèi)到位。特別要注意限制使用溢油分散劑的幾個原則，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來進行。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
費用較低，迅速方便地裝到大部分主機為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，分散劑浪費可能較大

PIPER PAWXEE 播種飛機
濃縮型

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

道格拉斯DC6型噴灑飛機
濃縮型