海洋溢油事故中的溢油風化

    溢油事故發生后，在海洋*的環境條件下，有著復雜的物理、化學和生物變化過程，并通過這些變化，zui終從海洋環境中消失。這些變化有擴散、漂移、蒸發、分散、乳化、光化學氧化分解、沉積以及生物降解等等。石油的理化特性和其溢入海洋環境中的變化，使其在海面上有著與其他物質不同的情形，中間部分比邊緣部分厚，類似薄透鏡形狀，并且大部分油聚集在溢油點的下風向。這種現象不是油的單一特性和海洋環境的單一因素所能決定的，而是多種因素的綜合作用。

（1）溢油擴散

    油溢到海面上，人們首先看到的就是油的擴散。它主要是在油的重力、粘度和表面張力聯合作用下產生水平擴散。起初，重力起主要作用，所以油的擴散受油的溢出形式影響很大。如果油的溢出形式是瞬間大量溢油，則其擴散要比連續緩慢溢油快得多。油溢出幾小時后，油層厚度大大減小，此時表面張力作用將超過重力作用，成為導致溢油擴散的主要因素，溢油在水面將形成鏡面似的薄膜，它的中間部分比邊緣部分厚。對于少量高粘度的原油和重燃料油，它們不易擴散而以塊狀逗留在海面上。這些高粘度油，在環境溫度低于其傾點溫度時，幾乎不擴散。當溢油擴散在水面上形成薄膜后，進一步的擴散主要是靠海面的紊流作用。

應說明的是，油膜并非是連續的，它受風和流的影響，隨著時間的變化，會出現形狀不同、厚度不同的油膜，或油帶，或碎片，或小焦油球。

（2）溢油漂移

    由風和海流(或河流)引起的油膜運動稱為漂移。油膜的漂移過程是極其復雜的，涉及到許多因素。這一過程通過計算機模型可以比較準確的預測。但是，溢油現場實時風和流的數據難以隨時獲得，或者所獲得的數據不準確，那么，預測的結果也不準確。利用儲存的大量風和流的歷史數據分析溢油漂移，結果是比較準確的，但這只對同一水域的溢油事故才有意義。

（3）溢油蒸發

    溢油中易揮發組分的蒸發能夠導致溢油特性的變化。蒸發后留在海面上的油比其原來的密度和粘度都要大。蒸發帶來了海面溢油量的減少，還影響著溢油的擴散、乳化等，并且還會引起火災和爆炸危險。影響蒸發的因素有：油的組分、油膜厚度、環境溫度、風速及海況等。

    油的組分對其蒸發的影響zui大，它可決定其蒸發速度和總量比。原油及其煉制品中的輕組分含量越高，越容易蒸發。多數原油和其輕質煉制品的輕組分含量較高，溢到海面后，蒸發的速度快，蒸發總量比大。溢油中碳原子數小于15的烷烴可以全部蒸發，C16－C18的烷烴可蒸發90％，C19-C21的烷烴可蒸發50％。汽油的主要組分為C9-C11的烷烴，因此溢到海面后，可以全部蒸發掉。重質原油和重燃料油輕組分含量較低，因此蒸發慢，蒸發總量比也很小。

    溢油在海面的蒸發速率隨時間的延長而減小，溢油在zui初幾小時內蒸發得很快。一般的環境條件下，多數原油和其輕質煉制品在12h內，可蒸發掉25％-30％；在一天內，可蒸發掉50％。

    油膜厚度影響溢油的蒸發速率。一定量的溢油，油膜越薄，暴露在大氣中的油膜面積越大，蒸發得就越快。但是，油膜厚度不會影響其蒸發的總量比。

    溫度對溢油蒸發的影響涉及了蒸發速率和蒸發總量比，溫度越高，油蒸發得越快；同一種油，高溫時蒸發的總量比大，低溫時蒸發的總量比小。

    大氣壓對油的蒸發有影響，但是這種影響不大。風速主要影響溢油的蒸發速率。風速越大，蒸發越快。海況對溢油蒸發也有一定的影響，海況越差，蒸發越快。

    當給定溢油品種和溢油量、油膜厚度、環境溫度和風速，可用計算機模型準確地預測某一時間的溢油蒸發量。實際溢油事故中也可以用蒸發曲線估算蒸發量。

（4）溢油的溶解

    溶解是石油中的低分子烴向海水中分散的一個物化過程，也是一個自然混合過程。油溶解的速率取決于油的分子構成、擴散程度、水溫、紊流以及分散程度。原油中的重組分實際上在海水中并不溶解，低分子的烴類化合物，尤其是芳烴如苯和甲苯稍溶于水。但這些化合物也極易揮發，這種揮發速度要比溶解快10-1000倍。烴類的溶解濃度很少超過lppm，而石油主要由各種烴類組成，所以油的溶解對于清除海面溢油沒有多大影響。在石油中，20號重柴油的溶解能力zui大，它向海水中的自然混合作用也zui強，對海洋生物的危害也zui大；而重燃料油和大部分原油的溶解能力相對較差，那么，在海水中的自然混合作用也較弱。

（5）溢油的分散

    海面的波浪作用于油膜，產生一定尺寸的油滴，小油滴懸浮在水中，而較大的油滴升回海面。這些升回水面的油滴處在向前運動的油膜后面，不是與其他油滴聚合形成油膜，就是擴散為很薄的油膜，而呈懸浮狀的油滴則混合于水中。這種油的分散造成了油的表面積增大，能促進生物降解和沉積過程。

    自然分散率很大程度上取決于油的特性及海況，在碎浪出現時分散過程進展得快。低粘度油在保持流動、不受其他風化過程阻礙的情況下，數天內能*分散，如汽油、柴油。相反，高粘度油或能形成穩定油包水乳化液的油，容易在水面形成不容易分散的厚油層。這類油可在水面存留數周，如重質原油和重燃料油。

（6）溢油的乳化

    許多油類易于吸收水而形成油包水乳化液，體積會增加3-4倍。這種乳狀液通常很粘，不容易消散。多數油在任何海況下都能迅速形成乳狀液，其穩定性依賴于瀝青質的含量。瀝青質含量大于0．5％的油，易形成穩定的乳狀液，即通常所說的“巧克力凍”；而瀝青質含量小于此值的油易于分散。油的乳化物在平靜海況下或擱淺于岸上時，因日曬受熱，還會重新分離為油和水。

    油的乳化速度取決于油的特性和海況，乳化物的含水量只取決于油的本身。油吸收水分常使油由黑色變成棕色、桔黃色或黃色。隨著乳化的進展，油在浪中的運動使油中的水滴越來越小，乳化物變得越來越粘。隨著吸水量的增加，乳化物的密度接近于海水。

    溢油一旦乳化形成“巧克力凍”，對應急處理帶來了困難。“巧克力凍”含量越大，溢油分散劑的作用越小；當乳化液的含水率達50％-60％時，分散劑就*失去效用。如果用撇油器回收含有“巧克力凍”的油，由于其粘度的增加，使回收效率降低，并且大大地增加了運輸量。

    據報道，“巧克力凍”的形成，有的可使回收油的量增加10倍。“巧克力凍”在海洋環境中很難自然消失，如任其漂流，碰到固體物質或海灘就會粘附在上面，對環境的污染很難消除。

（7）生物降解

    生物降解是海洋環境本身凈化油zui根本的途徑。目前已發現200多種微生物能夠降解石油，這些微生物一般生長在海面及海底。微生物對油的降解使其1／3用于細胞合成，2／3分解為水和二氧化碳。這種降解作用使得油污從根本上得以消除。影響生物降解的因素主要有溫度、含氧量及營養物質氮和磷的含量。據報導，在適宜的水域中生物降解油的速率為每天可從每噸海水中清除0．001至0．003克油；在常年受油污染的地區每天可從每噸海水中清除0．5-60g油。但油一旦與沉積物混合，由于微生物缺乏養料而大大降低了降解速率。生物降解的速率對抗御溢油行動來說并不能起到大的作用，但對于被油污染的海洋環境來說，即使需要幾個月甚至幾年能使其得到恢復，也是非常有意義的。

    通過生物降解可以清除溢油，所以近年來開發了含營養物質的溢油分散劑，其中添加的營養物質能增強微生物的繁殖能力，增強生物降解作用。

（8）氧化作用

    石油的烴分子與氧作用不是分解為可溶性物質就是結合為持久性焦油。氧化反應由于日曬而加劇，并伴隨著油膜擴散的始終，但是相對于其他各種變化過程，氧化的量是微不足道的。氧化的速率較慢，特別是高粘度、厚層油或油包水乳化物的氧化很慢。這是因為高分子量的形成在油表面包了一層保護膜。

（9）沉積

    溢油在海洋中經過蒸發、乳化等變化，其密度增加，有些重殘油的相對密度大于1，在微咸水或淡水中下沉。但是幾乎沒有這么大密度的原油可靠自身的沉降作用沉積于海底。溢油是通過三種途徑沉積：

①溶解的石油烴吸附在固體顆粒上下沉。

②分散的油滴附著在海水懸浮顆粒上下沉。

③輕組分揮發、溶解后的剩余組分由于密度增大而生成半固態小焦油球下沉。

    淺水區和江河口處經常夾雜著大量的懸浮顆粒，這會促使溢油的沉降。油的沉降有時也會受溫度影響，在很冷的天氣里，油漂浮于水面；當晚上氣溫下降得更低時油又會沉到水面以下；當白天氣溫回升時它又重新回到水面上。沉積在海底(或河床)的石油經過一定的時間之后，一部分被生物降解，一部分在沉積礦化作用下得到凈化。

    溢油的蒸發、分散、乳化、溶解、生物降解、吸附沉降和氧化稱為溢油的風化。由此可知人們常說的溢油風化是一個相當復雜的過程，不是任何一種物理化學現象所能解釋的。因此，目前對溢油的風化過程還沒有量化解釋。溢油在海洋中的上述變化使每一次的溢油事故都有一個質量平衡。

由影諾儀器整理編輯

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