导 言 油 类 泄 漏 到 海 洋 中 后, 会 经 历 很 多 物 理 和 化 学 变 化, 其 中 一 些 变 化 会 导 致 其 从 海 面 上 消 失, 还 有 一 些 变 化 则 会 导 致 其 持 久 存 留 所 泄 漏 的 油 类 在 海 洋 环 境 中 的 最 终 归 属 取 决 于

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1 海 洋 泄 漏 油 类 的 最 终 归 属 技 术 资 料 论 文 2

2 导 言 油 类 泄 漏 到 海 洋 中 后, 会 经 历 很 多 物 理 和 化 学 变 化, 其 中 一 些 变 化 会 导 致 其 从 海 面 上 消 失, 还 有 一 些 变 化 则 会 导 致 其 持 久 存 留 所 泄 漏 的 油 类 在 海 洋 环 境 中 的 最 终 归 属 取 决 于 诸 多 因 素, 例 如 泄 漏 的 数 量 油 类 最 初 的 物 理 和 化 学 特 性 盛 行 的 气 候 和 海 洋 条 件, 以 及 油 类 是 一 直 留 在 海 上 还 是 被 冲 到 海 岸 上 了 解 所 涉 及 的 过 程 以 及 这 些 过 程 随 着 时 间 的 推 移 如 何 相 互 作 用 来 改 变 油 类 的 性 质 构 成 情 况 和 行 为, 是 油 类 泄 漏 应 对 工 作 所 有 方 面 的 基 础 例 如, 或 许 由 于 自 然 消 散 的 原 因 可 以 很 有 信 心 地 预 测 油 类 将 不 会 扩 散 到 脆 弱 的 资 源, 因 此 将 没 有 必 要 开 展 清 理 作 业 当 需 要 积 极 应 对 时, 油 的 类 型 及 其 可 能 表 现 出 来 的 行 为 将 决 定 哪 些 可 选 应 对 方 案 有 可 能 是 最 有 效 的 本 篇 论 文 介 绍 了 作 用 于 所 泄 漏 油 类 的 各 种 自 然 过 程 的 综 合 效 果, 这 些 自 然 过 程 统 称 为 风 化 决 定 油 类 是 否 有 可 能 在 海 洋 环 境 中 持 久 存 留 的 因 素 将 与 应 对 作 业 的 影 响 一 起 考 虑 所 泄 漏 的 油 类 在 海 洋 环 境 中 的 最 终 归 属 对 应 对 工 作 的 所 有 方 面 都 有 重 要 影 响, 鉴 于 此, 应 将 本 篇 论 文 与 此 系 列 的 技 术 资 料 论 文 结 合 起 来 阅 读 油 类 的 属 性 来 源 不 同 的 原 油 在 物 理 属 性 和 化 学 属 性 方 面 差 别 非 常 大, 而 很 多 精 炼 出 来 的 油 品 则 往 往 有 着 明 确 的 属 性, 而 与 用 来 提 炼 它 们 的 原 油 无 关 由 不 同 比 例 的 精 炼 工 艺 残 渣 与 较 轻 的 精 炼 油 品 混 合 成 的 中 间 级 燃 油 和 重 质 燃 油 在 属 性 方 面 也 相 差 非 常 大 影 响 在 海 上 泄 漏 的 油 类 的 行 为 和 持 久 性 的 主 要 物 理 属 性 是 比 重 蒸 馏 特 性 蒸 汽 压 粘 度 和 倾 点 所 有 这 些 属 性 都 取 决 于 化 学 构 成 情 况, 例 如 挥 发 成 分 所 占 的 比 例 以 及 沥 青 质 树 脂 和 石 蜡 的 含 量 油 类 的 比 重 或 相 对 密 度 是 指 其 相 对 于 纯 水 的 密 度, 纯 水 的 比 重 为 1 大 多 数 油 类 在 密 度 或 重 量 上 面 都 不 如 海 水, 海 水 的 比 重 通 常 为 左 右 美 国 石 油 学 会 的 比 重 标 度 A P I 通 常 被 用 来 描 述 原 油 及 石 油 产 品 的 比 重, 具 体 如 下 : API= 比 重 除 了 判 断 油 类 是 否 会 浮 起 来 以 外, 比 重 还 可 以 大 致 指 示 出 油 类 的 其 他 一 些 属 性 例 如, 比 重 低 (API 高 ) 的 油 类 往 往 包 含 高 比 例 的 挥 发 成 分 且 粘 度 低 5 图 1: 四 种 原 油 的 蒸 馏 曲 线 在 超 过 图 中 所 示 最 高 温 度 的 条 件 下 依 然 存 留 下 来 的 油 类 主 要 是 残 渣 数 据 通 过 原 油 化 验 得 到 油 类 的 蒸 馏 特 性 描 述 了 其 挥 发 性 在 蒸 馏 过 程 中, 随 着 油 类 温 度 的 升 高, 不 同 成 分 相 继 到 达 各 自 的 沸 点, 于 是 蒸 发, 然 后 冷 却 下 来 并 凝 结 对 蒸 馏 特 性 的 表 述 为 : 亲 油 中 在 给 定 温 度 范 围 内 蒸 馏 出 来 的 部 分 ( 图 1) 有 些 油 类 包 含 沥 青 石 蜡 或 沥 青 质 残 渣, 这 些 残 渣 即 使 在 高 温 下 也 不 容 易 蒸 馏 出 来, 并 且 还 很 有 可 能 在 海 洋 环 境 中 长 期 存 留 ( 例 如 图 1 中 的 波 斯 坎 (Boscan) 原 油 ) 2 海 洋 泄 漏 油 类 的 最 终 归 属

3 5 表 1: 四 种 典 型 原 油 的 物 理 特 征 颜 色 和 分 组 与 表 2 ( 第 8 页 ) 中 的 分 类 相 对 应 5 图 3: 在 低 于 倾 点 的 温 度 条 件 下 泄 漏 到 海 中 的 油 类 形 成 半 固 态 碎 片 状 此 图 显 示 的 是 倾 点 为 +33 o C 的 Nile Blend 原 油 在 温 度 为 28 o C 的 海 水 中 的 情 况 这 种 油 持 久 性 很 强, 可 以 漂 移 很 远 的 距 离 5 图 2: 表 1 中 的 四 种 原 油 的 粘 度 / 温 度 关 系 蒸 汽 压 进 一 步 指 示 了 油 类 的 挥 发 性, 通 常 用 在 100 F (37.8 C) 条 件 下 测 得 的 雷 德 蒸 气 压 来 表 示 在 大 多 数 情 况 下, 蒸 汽 压 高 于 3 千 帕 (23 毫 米 汞 柱 ) 是 发 生 蒸 发 的 条 件 蒸 汽 压 高 于 100 千 帕 (760 毫 米 汞 柱 ) 的 物 质 就 会 像 气 体 一 样 例 如, 汽 油 的 蒸 汽 压 介 于 千 帕 ( 毫 米 汞 柱 ) 之 间 哥 萨 克 (Cossack) 原 油 的 雷 德 蒸 气 压 为 44 千 帕, 由 于 包 含 很 高 比 例 的 低 沸 点 成 分, 非 常 容 易 挥 发 ; 而 波 斯 坎 (Boscan) 原 油 的 雷 德 蒸 气 压 仅 为 1.7 千 帕, 因 此 远 不 如 哥 萨 克 (Cossack) 原 油 那 么 容 易 挥 发 油 类 的 粘 度 是 指 其 抗 流 动 性 高 粘 度 油 类 与 粘 度 较 低 的 油 类 相 比, 更 不 容 易 流 动 所 有 油 类 的 粘 度 都 会 随 着 温 度 的 降 低 而 增 大 ( 即 更 容 易 流 动 ), 有 些 油 类 的 增 大 幅 度 大 于 其 他 油 类, 具 体 取 决 于 它 们 的 构 成 情 况 图 2 中 显 示 了 四 种 原 油 的 温 度 与 粘 度 间 关 系 本 篇 论 文 中 采 用 的 是 以 厘 沲 (cst = mm 2 s -1 ) 表 示 的 运 动 粘 度 单 位 * 倾 点 是 一 种 温 度, 低 于 此 温 度 时 油 类 便 不 再 流 动, 倾 点 的 高 低 取 决 于 油 类 的 石 蜡 和 沥 青 质 含 量 经 过 冷 却, 油 类 将 达 到 一 个 称 作 浊 点 的 温 度, 此 时 石 蜡 成 分 将 开 始 形 成 晶 体 结 构 晶 体 的 形 成 会 越 发 阻 碍 油 类 流 动, 直 到 进 一 步 冷 却 至 倾 点, 此 时 流 动 停 止, 油 类 从 液 态 变 为 半 固 态 ( 图 3) 图 2 以 卡 宾 达 (Cabinda) 原 油 为 例 显 示 了 这 种 行 为 随 着 这 种 油 从 30 C 开 始 冷 却, 其 粘 度 缓 慢 增 加, 但 一 旦 冷 却 至 其 浊 点 20 C 以 下, 它 便 开 始 以 指 数 级 速 度 变 稠 达 到 倾 点 12 C 时, 粘 度 已 增 加 到 足 以 阻 止 流 动 的 地 步 风 化 过 程 接 下 来 的 一 节 中 所 讨 论 的 各 个 过 程 一 起 发 挥 作 用, 使 所 泄 漏 的 油 类 发 生 风 化 ( 图 4) 不 过, 每 个 过 程 的 相 对 重 要 性 将 随 着 时 间 的 推 移 而 发 生 变 化 图 6 中 以 在 温 和 海 洋 条 件 下 泄 漏 典 型 中 质 原 油 为 例 对 此 进 行 了 说 明 除 了 这 些 过 程 之 外, 油 类 漂 浮 层 还 将 根 据 风 和 水 流 发 生 漂 移, 有 关 说 明, 请 参 阅 另 一 篇 关 于 海 洋 油 类 泄 漏 的 空 中 观 察 的 论 文 扩 散 油 类 泄 漏 后, 便 立 即 开 始 在 海 面 上 扩 散 这 种 扩 散 的 速 度 在 很 大 程 度 上 取 决 于 油 类 的 粘 度 和 泄 漏 的 体 积 液 态 的 低 粘 度 油 类 在 扩 散 速 度 上 远 远 快 于 高 粘 度 油 类 液 态 油 类 最 初 以 粘 在 一 起 的 漂 浮 层 形 式 进 行 扩 散, 但 很 快 就 会 开 始 分 解 随 着 油 类 的 扩 散 和 厚 度 的 降 低, 其 外 观 将 从 呈 黑 色 或 深 棕 色 且 很 厚 的 成 片 油 类 变 为 漂 浮 层 边 缘 处 的 彩 虹 色 和 银 色 油 膜 ( 图 5) 半 固 态 或 高 粘 度 油 类 并 * 运 动 粘 度 = 动 态 粘 度 密 度 动 态 粘 度 的 测 量 单 位 是 厘 泊 (cp), 等 同 于 国 际 单 位 制 中 的 每 秒 毫 帕 数 (mpa s) 技 术 资 料 论 文 2 3

4 5 图 4: 作 用 于 海 上 的 油 类 的 各 个 风 化 过 程 一 旦 油 类 搁 浅 到 海 岸 线 上, 其 中 的 一 些 过 程 便 不 再 适 用 非 以 稀 薄 油 层 的 形 式 进 行 扩 散, 而 是 破 裂 成 片 状, 这 些 成 片 油 类 会 相 互 分 离, 其 厚 度 有 时 可 能 达 数 厘 米 在 开 阔 水 域, 各 种 形 式 的 风 环 流 往 往 会 使 油 类 形 成 与 风 向 平 行 的 狭 窄 带 状 或 排 状, 久 而 久 之, 油 类 的 属 性 在 决 定 漂 浮 层 如 何 移 动 方 面 就 变 得 不 太 重 要 了 油 类 扩 散 或 破 裂 的 速 度 还 受 波 浪 湍 流 潮 汐 流 和 水 流 影 响, 这 些 因 素 的 综 合 力 量 越 大, 过 程 就 越 快 油 类 只 用 几 个 小 时 就 扩 散 到 几 平 方 千 米 只 用 几 天 就 扩 散 到 几 百 平 方 千 米 的 例 子 比 比 皆 是 除 泄 漏 少 量 低 粘 度 油 类 的 情 况 以 外, 扩 散 并 不 是 均 匀 进 行 的, 油 类 在 厚 度 方 面 可 能 极 不 均 等, 从 不 到 一 微 米 到 几 毫 米 乃 至 更 厚, 都 有 可 能 蒸 发 油 类 中 更 容 易 挥 发 的 成 分 将 蒸 发 到 大 气 中 蒸 发 速 度 取 决 于 环 境 温 度 和 风 速 一 般 而 言, 在 温 和 条 件 下, 油 类 中 这 些 沸 点 低 于 200 C 的 成 分 将 在 24 小 时 内 蒸 发 掉 沸 点 低 的 成 分 所 占 的 比 例 越 大, 正 如 油 类 的 蒸 馏 特 性 所 表 现 出 来 的 那 样, 蒸 发 程 度 也 就 越 高 例 如, 在 图 1 中, 哥 萨 克 (Cossack) 原 油 中 有 55% 的 成 分 是 沸 点 低 于 200 C 的 成 分 ; 而 对 于 波 斯 坎 (Boscan) 原 油, 这 样 的 成 分 仅 占 4% 油 类 的 初 始 扩 散 速 度 也 会 影 响 蒸 发 速 度, 因 为 表 面 面 积 越 大, 轻 质 成 分 的 蒸 发 速 度 就 越 快 波 涛 汹 涌 的 海 面 高 风 速 以 及 暖 和 的 温 度 也 会 促 进 蒸 发 蒸 发 后 存 留 的 油 类 残 渣 在 密 度 和 粘 度 上 都 会 增 大, 这 会 影 响 之 后 的 风 化 过 程 和 清 理 方 法 所 泄 漏 的 精 炼 油 品 ( 例 如 煤 油 和 汽 油 ) 可 能 会 在 几 个 小 时 内 全 部 蒸 发 掉, 而 轻 质 原 油 ( 如 哥 萨 克 ) 则 可 能 第 一 天 就 会 在 体 积 上 减 少 50% 以 上 当 在 封 闭 的 区 域 内 泄 漏 这 种 极 易 挥 发 的 油 类 时, 可 能 会 有 发 生 火 灾 和 爆 炸 或 者 危 害 人 类 健 康 的 风 险 相 比 之 下, 重 质 燃 油 即 使 会 蒸 发, 蒸 发 量 也 微 乎 其 微, 因 而 造 成 爆 炸 的 风 险 小 之 又 小 不 过, 重 质 燃 油 可 能 会 带 来 发 生 火 灾 的 风 险 如 果 在 风 平 浪 静 的 条 件 下 点 燃 了 一 大 滩 油 类 中 的 残 骸, 则 可 以 形 成 足 以 产 生 燎 原 之 势 的 星 星 之 火 5 图 5: 当 中 质 和 轻 质 油 类 不 受 阻 碍 地 扩 散 时, 最 终 会 形 成 非 常 稀 薄 的 薄 膜 这 些 薄 膜 呈 现 为 彩 虹 色 和 银 色 的 油 膜, 会 快 速 消 散 消 散 消 散 速 度 在 很 大 程 度 上 取 决 于 油 类 的 性 质 和 海 面 状 况, 在 存 在 破 碎 的 波 浪 且 油 类 粘 度 很 低 的 情 况 4 海 洋 泄 漏 油 类 的 最 终 归 属

5 在 温 和 的 海 洋 条 件 下, 依 然 保 持 液 态 且 在 扩 散 方 面 不 受 其 他 风 化 过 程 羁 绊 的 油 类 可 能 会 在 几 天 内 完 全 消 散 使 用 消 散 剂 可 以 加 快 这 种 自 然 过 程 相 反, 粘 性 油 类 往 往 会 在 水 面 上 形 成 厚 实 的 碎 片, 即 使 加 了 消 散 剂, 这 些 碎 片 也 几 乎 不 会 表 现 出 消 散 倾 向 5 图 6: 表 示 典 型 的 第 2/3 组 原 油 泄 漏 后 最 终 归 属 的 示 意 图 该 图 显 示 了 随 着 时 间 的 推 移 各 风 化 过 程 在 相 对 重 要 性 方 面 的 变 化 每 个 带 子 的 宽 度 表 示 对 应 过 程 的 重 要 性 ( 供 图 :SINTEF) 下 消 散 速 度 最 快 海 面 上 的 波 浪 和 湍 流 可 能 会 造 成 全 部 或 部 分 漂 浮 层 分 解 成 大 小 不 等 的 滴 状, 这 些 油 滴 会 混 入 到 水 体 的 较 上 层 中 较 小 的 油 滴 依 然 处 于 悬 浮 状 态, 而 较 大 的 油 滴 则 重 新 升 到 海 面 上 在 海 面 上 它 们 会 与 其 他 油 滴 融 合, 从 而 重 新 形 成 漂 浮 层 ; 或 者 以 非 常 薄 的 薄 膜 形 式 扩 散 开 来 对 于 那 些 直 径 小 于 70 微 米 的 油 滴, 它 们 向 海 面 上 升 的 速 度 会 被 海 中 的 湍 流 冲 抵 掉, 因 而 它 们 将 保 持 悬 浮 状 态 这 种 被 冲 散 的 油 类 会 混 入 到 更 大 体 积 的 海 水 中, 从 而 导 致 油 类 浓 度 快 速 大 幅 降 低 被 冲 散 的 油 类 会 导 致 表 面 面 积 增 大, 从 而 也 促 进 了 诸 如 生 物 降 解 溶 解 和 沉 淀 等 过 程 乳 化 很 多 油 类 都 会 吸 收 水 分, 形 成 水 混 油 乳 状 液 这 可 能 会 使 污 染 物 的 体 积 增 加 五 倍 之 多 在 泄 漏 后 镍 / 钒 综 合 浓 度 超 过 15 ppm 或 者 沥 青 质 含 量 超 过 0.5% 的 油 类 最 容 易 形 成 乳 状 液 这 些 化 合 物 存 在 与 否 以 及 风 力 通 常 达 到 蒲 福 3 级 ( 风 速 3 5ms -1 或 7 10 海 里 / 小 时 ) 以 上 的 海 面 状 况 决 定 着 乳 状 液 的 形 成 速 度 诸 如 重 质 燃 油 等 粘 性 油 类 在 吸 水 速 度 上 往 往 慢 于 流 动 性 较 高 的 油 类 随 着 乳 状 液 的 形 成, 油 类 在 波 浪 中 的 移 动 会 导 致 已 被 吸 收 到 油 类 中 的 水 滴 在 大 小 上 缩 减 ( 图 7), 从 而 使 乳 状 液 越 来 越 粘 稠 同 时, 沥 青 质 化 合 物 可 能 会 从 油 类 中 沉 淀 下 来, 包 裹 在 这 些 水 滴 上, 从 而 增 加 了 乳 状 液 的 稳 定 性 随 着 吸 入 的 水 量 的 增 加, 乳 状 液 的 密 度 会 接 近 海 水 密 度, 但 如 果 不 添 加 固 体 颗 粒, 是 不 可 能 超 过 海 水 密 度 的 稳 定 的 乳 状 液 可 能 包 含 多 达 70% 80% 的 水 分, 常 常 是 半 固 态 的, 且 具 有 浓 烈 的 红 / 棕 色 橙 色 或 黄 色 ( 图 8) 它 们 会 十 分 持 久 地 存 留 下 来, 可 能 会 无 期 限 地 保 持 乳 化 状 态 稳 定 性 较 差 的 乳 状 液 在 风 平 浪 静 的 条 件 下 或 者 搁 浅 到 海 岸 线 上 后, 经 过 阳 光 加 热 可 能 会 分 离 成 油 类 和 水 水 混 油 乳 状 液 的 形 成 减 慢 了 其 他 风 化 过 程 的 速 度, 也 是 轻 质 和 中 质 原 油 在 海 面 和 海 岸 线 上 持 久 存 留 的 主 要 原 因 尽 管 稳 定 的 水 混 油 乳 状 液 在 行 为 上 与 粘 性 油 类 相 似, 但 二 者 构 成 情 况 的 差 异 对 有 效 的 可 选 应 对 方 案 会 有 影 响 5 图 7: 经 过 高 倍 放 大 的 水 混 油 乳 状 液 图 (1,000 倍 ) 该 图 显 示 了 被 油 类 包 围 的 各 个 水 滴 5 图 8: 回 收 已 经 乳 化 呈 现 出 典 型 红 / 棕 色 的 重 质 燃 油 分 析 表 明, 乳 状 液 的 含 水 量 高 达 50% 技 术 资 料 论 文 2 5

6 溶 解 油 类 溶 解 的 速 度 和 程 度 取 决 于 其 构 成 情 况 扩 散 情 况 水 温 湍 流 和 消 散 程 度 原 油 的 重 质 成 分 是 几 乎 不 溶 于 海 水 的, 而 较 轻 的 成 分 ( 尤 其 是 芳 烃, 如 苯 和 甲 苯 ) 则 是 微 溶 的 不 过, 这 些 化 合 物 也 是 最 易 挥 发 的, 会 因 为 蒸 发 而 非 常 快 地 消 失, 蒸 发 速 度 通 常 比 它 们 的 溶 解 速 度 快 10 至 1,000 倍 因 此, 海 水 中 溶 解 的 烃 的 浓 度 很 少 会 超 过 1 ppm, 且 溶 解 对 将 油 类 从 海 面 上 清 除 无 显 著 作 用 光 氧 化 烃 可 以 与 氧 发 生 反 应, 从 而 可 能 导 致 形 成 可 溶 解 的 产 物 或 会 持 久 存 留 的 焦 油 阳 光 会 促 进 氧 化 作 用 ; 尽 管 在 整 个 泄 漏 事 件 中, 自 始 至 终 都 会 发 生 氧 化, 但 氧 化 在 对 消 散 的 总 体 影 响 方 面 要 比 其 他 风 化 过 程 更 轻 甚 至 是 在 强 烈 的 阳 光 下, 稀 薄 的 油 膜 也 只 是 缓 慢 分 解, 分 解 速 度 通 常 是 每 天 不 足 0.1% 由 非 常 粘 稠 的 油 类 形 成 的 厚 实 油 层 或 水 混 油 乳 状 液 往 往 氧 化 成 持 久 存 留 的 残 渣, 而 不 是 发 生 降 解, 因 为 将 形 成 分 子 量 较 高 的 化 合 物, 这 些 化 合 物 会 产 生 一 种 表 面 保 护 层 在 搁 浅 到 海 岸 线 上 的 油 块 中 可 以 看 到 这 种 表 面 保 护 层, 这 些 油 块 通 常 包 括 由 氧 化 油 和 沉 淀 物 颗 粒 组 成 的 固 态 外 壳, 外 壳 内 包 裹 的 内 容 则 较 为 柔 软 风 化 程 度 较 低 沉 淀 和 沉 降 消 散 的 油 滴 可 能 会 与 水 体 中 悬 浮 的 沉 淀 物 颗 粒 和 有 机 物 相 互 作 用, 这 样 油 滴 密 度 将 变 得 足 够 大, 可 以 使 其 缓 慢 沉 淀 到 海 底 沿 岸 的 浅 海 区 以 及 河 口 和 江 湾 的 水 体 常 常 充 满 固 态 悬 浮 物, 这 些 悬 浮 物 可 以 与 消 散 的 油 滴 结 合 起 来, 从 而 为 油 类 颗 粒 沉 淀 提 供 了 有 利 条 件 在 淡 盐 水 中, 来 自 河 流 的 淡 水 会 降 低 海 水 的 盐 度, 从 而 降 低 其 比 重, 这 样 具 有 中 性 浮 力 的 油 滴 可 能 就 会 沉 降 下 来 油 类 也 可 能 会 被 浮 游 生 物 摄 取, 从 而 进 入 粪 粒 中, 粪 粒 随 后 会 沉 到 海 底 在 极 少 数 情 况 下, 油 类 可 能 会 在 发 生 风 暴 期 间 与 大 量 的 固 态 悬 浮 物 夹 杂 在 一 起, 从 而 沉 到 海 底 同 样, 风 吹 起 的 沙 子 有 时 可 能 会 堆 积 在 浮 油 上, 从 而 导 致 其 下 沉 大 多 数 油 类 的 比 重 足 够 低, 除 非 它 们 与 密 度 更 高 的 材 料 相 互 作 用 或 者 吸 附 到 这 些 材 料 上, 否 则 就 会 保 持 漂 浮 状 态 不 过, 一 些 重 质 原 油 大 多 数 重 质 燃 油 以 及 水 混 油 乳 状 液 的 比 重 都 接 近 于 海 水, 因 此 即 使 是 与 沉 淀 物 发 生 最 小 程 度 的 相 互 作 用, 也 足 以 导 致 沉 降 只 有 极 少 数 残 油 的 比 重 大 于 海 水 (>1.025), 因 此 它 们 一 旦 泄 漏 就 会 沉 降 有 些 油 类 在 着 火 后 可 能 会 沉 降, 着 火 不 但 会 消 耗 掉 较 轻 的 成 分, 还 会 因 为 产 生 高 温 而 导 致 形 成 较 重 的 焦 化 产 物 如 果 考 虑 采 用 人 为 现 场 燃 烧 作 为 应 对 方 法, 那 么 就 需 要 注 意 这 一 点 5 图 9: 人 工 回 收 已 经 下 沉 的 重 质 燃 油 在 波 涛 汹 涌 的 海 面, 高 密 度 油 类 可 能 会 被 淹 没, 有 相 当 长 的 时 间 都 在 海 面 下 面 一 点, 从 而 使 从 空 中 观 察 油 类 的 工 作 变 得 十 分 困 难 这 种 现 象 有 时 会 与 油 类 沉 降 混 淆, 但 当 恢 复 风 平 浪 静 的 条 件 后, 这 些 油 类 又 会 重 新 浮 上 海 面 沉 淀 是 导 致 泄 漏 的 油 类 在 海 洋 环 境 中 积 聚 的 主 要 长 期 过 程 之 一 不 过, 除 了 在 接 近 海 岸 的 浅 水 域 以 外, 极 少 会 观 察 到 油 类 大 规 模 沉 降 ; 接 近 海 岸 的 浅 水 域 出 现 这 种 情 况 主 要 是 由 于 与 海 岸 线 的 相 互 作 用 ( 图 9) 与 海 岸 线 的 相 互 作 用 搁 浅 的 油 类 与 海 岸 线 的 相 互 作 用 主 要 取 决 于 海 岸 线 所 在 环 境 的 能 量 水 平 以 及 海 岸 线 底 层 物 质 的 性 质 和 规 模 造 成 沉 降 的 沉 淀 物 相 互 作 用 通 常 是 由 于 油 类 搁 浅 在 多 沙 海 岸 线 上 在 无 遮 蔽 物 的 沙 滩 上, 遵 循 着 季 节 周 期 的 沉 淀 物 堆 积 ( 淤 积 ) 和 侵 蚀 可 能 会 造 成 油 层 接 连 被 掩 埋 暴 露 甚 至 是 在 有 一 定 遮 蔽 物 的 沙 滩 上, 搁 浅 的 油 类 也 可 能 会 被 风 吹 起 的 沙 子 覆 盖 油 类 与 沙 子 混 在 一 起 后, 若 再 被 潮 汐 涨 落 或 风 暴 冲 回 近 海 水 域, 就 会 沉 降 下 来 常 常 会 出 现 这 种 反 复 的 循 环 : 油 类 / 沙 子 混 合 物 从 海 滩 上 被 冲 入 近 海 水 域 中, 较 粗 的 沙 粒 沉 下 来, 从 而 使 油 类 重 新 浮 到 海 面 上 这 些 油 类 随 后 会 再 次 搁 浅, 从 而 与 沙 子 混 在 一 起, 如 此 循 环 往 复 沙 滩 若 散 发 出 光 泽, 可 能 意 味 着 这 一 过 程 正 在 发 生 油 类 与 海 岸 线 中 非 常 细 小 (<4 微 米 ) 的 矿 物 颗 粒 ( 细 粒 ) 之 间 的 相 互 作 用 会 导 致 形 成 矿 物 或 粘 土 与 油 类 的 絮 凝 物 根 据 油 类 的 粘 度, 水 体 的 充 分 流 动 可 能 会 导 致 形 成 油 滴, 这 些 细 粒 在 静 电 作 用 下 会 吸 附 到 这 些 油 滴 油 滴 周 围 的 细 粒 可 防 止 结 合 成 更 大 的 油 滴 和 附 着 在 更 大 的 沉 淀 底 物 ( 例 6 海 洋 泄 漏 油 类 的 最 终 归 属

7 如 沙 子 或 细 砾 ) 上 所 产 生 的 稳 定 絮 凝 物 接 近 于 中 性 浮 力, 并 且 足 够 小, 因 而 在 潮 汐 或 风 暴 的 作 用 下 水 冲 到 沙 滩 上 时 湍 流 会 使 这 些 絮 凝 物 保 持 悬 浮 状 态 它 们 最 终 可 能 会 广 泛 消 散 在 近 岸 流 中, 并 且 经 过 一 段 时 间 后, 有 遮 蔽 物 ( 低 能 量 ) 的 海 岸 线 上 很 多 油 类 之 所 以 得 以 清 除, 可 能 就 要 归 功 于 它 们 ; 在 这 种 海 岸 线 上, 波 浪 的 作 用 和 水 流 太 弱, 因 而 其 他 过 程 ( 例 如 沉 淀 物 磨 蚀 ) 不 会 发 生 在 有 遮 蔽 物 的 海 岸 线 上, 泥 质 沉 淀 物 和 沼 泽 十 分 常 见 在 大 多 数 情 况 下, 油 类 都 不 会 渗 透 到 这 些 细 小 的 沉 淀 物 中, 而 是 依 然 留 在 表 面 上 不 过, 生 物 扰 动 作 用 ( 即 穴 居 动 物 对 沉 淀 物 的 改 造 ) 有 时 会 使 粘 度 较 低 的 油 类 通 过 沿 虫 洞 植 物 茎 等 下 移 的 方 式 稍 稍 渗 入 沉 淀 物 中 在 强 烈 风 暴 条 件 下, 当 细 小 的 泥 浆 颗 粒 悬 浮 在 水 体 中 并 与 油 类 混 在 一 起 时, 油 类 可 能 也 会 进 入 这 些 细 粒 沉 淀 物 随 着 天 气 条 件 风 平 浪 静, 泥 浆 会 沉 淀 下 来, 油 类 可 能 会 被 困 在 沉 淀 物 中 在 这 些 有 遮 蔽 物 的 位 置, 沉 淀 物 可 能 长 期 不 受 干 扰 由 于 沉 淀 物 中 的 氧 含 量 很 低, 因 此 几 乎 不 会 发 生 降 解 在 有 遮 蔽 物 且 砂 石 或 细 砾 较 多 的 海 岸 线 上, 高 粘 度 油 类 如 果 在 清 理 作 业 中 未 得 以 清 除, 则 可 能 会 形 成 沥 青 路 面, 这 主 要 是 因 为 表 面 油 层 发 生 了 氧 化 ( 图 10) 浮 油 可 以 更 容 易 地 渗 透 到 这 些 开 放 的 底 物 中, 然 后 底 物 本 身 便 可 以 保 护 浮 油 免 遭 大 海 及 其 他 风 化 过 程 清 除 沥 青 路 面 如 果 不 受 干 扰, 可 以 存 留 数 十 年 之 久 生 物 降 解 海 水 包 含 众 多 种 能 够 代 谢 油 类 化 合 物 的 海 洋 微 生 物 这 些 微 生 物 包 括 细 菌 霉 菌 酵 母 菌 真 菌 单 细 胞 藻 类 和 原 生 动 物, 它 们 可 以 将 油 类 作 为 碳 和 能 量 的 来 源 尽 管 此 类 微 生 物 在 自 然 渗 漏 油 类 的 地 区 或 长 期 污 染 的 沿 海 水 域 ( 通 常 是 那 些 离 城 市 中 心 很 近 收 容 工 业 排 放 物 和 未 处 理 的 污 水 的 水 域 ) 更 为 充 足, 但 它 们 广 泛 分 布 在 全 世 界 的 海 洋 中 影 响 生 物 降 解 速 度 和 程 度 的 主 要 因 素 是 油 类 的 特 征 氧 和 养 分 ( 主 要 是 氮 和 磷 的 化 合 物 ) 的 供 应 情 况 以 及 温 度 随 着 烃 的 分 解, 会 生 成 很 多 中 间 化 合 物, 但 降 解 过 程 的 最 终 产 物 是 二 氧 化 碳 和 水 此 过 程 中 涉 及 的 每 种 微 生 物 往 往 都 会 降 解 一 组 特 定 的 烃, 因 此, 需 要 有 众 多 种 共 同 作 用 或 依 次 作 用 的 微 生 物, 降 解 才 能 继 续 随 着 降 解 的 继 续, 会 形 成 一 个 复 杂 的 微 生 物 群 落 在 远 离 海 岸 的 开 阔 海 域, 生 物 降 解 所 需 的 微 生 物 存 在 的 数 量 相 对 较 少, 但 当 有 油 类 出 现 时, 其 数 量 便 会 快 速 地 成 倍 增 加, 降 解 将 一 直 继 续 下 去, 直 至 此 过 程 因 养 分 或 氧 缺 乏 而 受 到 限 制 为 止 此 外, 尽 管 微 生 物 能 够 降 解 原 油 中 的 很 多 化 合 物, 但 有 些 大 而 复 杂 的 分 子 具 有 很 强 的 抗 攻 击 能 力, 因 此 这 些 残 渣 中 往 往 包 含 使 油 类 呈 现 黑 色 的 化 合 物 旨 在 提 升 生 物 降 解 速 度 的 产 品 在 市 面 上 有 售 此 类 物 质 的 功 效 仍 值 得 商 榷, 因 为 养 分 不 太 可 能 出 现 短 缺 ( 尤 其 是 在 沿 海 水 域 ), 并 且 几 乎 没 有 办 法 可 以 提 高 氧 含 量 或 水 温 这 些 微 生 物 寄 居 在 水 中, 它 们 从 水 中 获 得 氧 和 基 本 养 分, 因 此 生 物 降 解 只 能 在 油 / 水 交 界 处 进 行 在 海 上, 通 过 自 然 消 散 或 化 学 消 散 产 生 的 油 滴 会 增 加 可 用 来 进 行 生 物 活 动 的 交 界 面 面 积, 从 而 会 促 进 降 解 相 比 之 下, 对 于 以 厚 实 油 层 形 式 搁 浅 在 海 岸 线 或 高 水 位 线 上 方 的 油 类, 其 交 界 面 面 积 将 十 分 有 限, 与 水 的 接 触 面 也 十 分 有 限 在 这 些 条 件 下, 生 物 降 解 将 以 极 其 缓 慢 的 速 度 进 行, 从 而 导 致 油 类 在 得 不 到 清 除 的 情 况 下 会 存 留 很 多 年 由 于 影 响 生 物 降 解 的 因 素 种 类 繁 多, 因 此 难 以 预 测 油 类 可 能 的 清 除 速 度 尽 管 生 物 降 解 显 然 不 能 清 除 所 累 积 的 大 量 油 类, 但 它 是 从 经 常 会 被 潮 汐 或 风 力 海 洋 运 动 淹 没 的 海 岸 线 上 自 然 清 除 油 类 最 后 痕 迹 的 主 要 长 期 机 制 之 一 综 合 过 程 5 图 10: 在 原 油 泄 漏 发 生 后 的 一 次 试 验 的 过 程 中, 有 意 对 受 影 响 海 岸 线 的 一 个 区 域 不 作 任 何 处 理 这 片 油 类 大 约 有 1 平 方 米, 在 变 成 沥 青 路 面 超 过 15 年 后 依 然 存 在 图 13 概 括 了 前 文 所 述 的 各 个 过 程 的 综 合 效 果 油 类 泄 漏 后, 所 有 这 些 过 程 都 会 立 即 发 挥 作 用, 但 它 们 各 自 的 相 对 重 要 性 会 随 着 时 间 而 发 生 变 化, 如 图 6 中 所 示 在 泄 漏 的 早 期 阶 段, 扩 散 蒸 发 消 散 乳 化 和 溶 解 最 为 重 要 ; 而 光 氧 化 沉 淀 和 技 术 资 料 论 文 2 7

8 第 11 组 油 A: A: o API o API > 45 > 45 ( 比 ( 重 比 < 重 0.8) < 0.8) B: B: 倾 点 倾 o 点 C: o C: C: C: 粘 度 度 10 o C: o C: 小 于 小 3 于 CSt 3 CSt D: D: 沸 点 沸 在 点 200 在 200 o C o 以 C 下 以 的 下 比 的 例 比 : 例 大 : 于 大 50% 于 50% E: E: 沸 点 沸 在 点 370 在 370 o C o C 以 上 以 的 上 比 的 例 比 : 例 介 : 于 介 20 于 20 和 0% 和 0% 之 间 之 间 第 33 组 油 A: A: o API o API ( 比 ( 重 比 ) 重 B: B: 倾 点 倾 o 点 C: o C: C: C: o C o 时 C 粘 时 度 粘 : 度 介 : 于 介 8 于 Cst 8 Cst 和 半 和 固 半 态 固 之 态 间 之 间 D: D: 沸 点 沸 在 点 200 在 200 o C o 以 C 下 以 的 下 比 的 例 比 : 例 介 : 于 介 10% 于 10% 和 35% 和 35% 之 间 之 间 E: E: 沸 点 沸 在 点 370 在 370 o C o C 以 上 以 的 上 比 的 例 比 : 例 介 : 于 介 30 于 30 和 65% 和 65% 之 间 之 间 A A B B C C D D E E Aasgard 油 油 阿 拉 阿 伯 拉 超 伯 轻 超 油 轻 油 哥 萨 哥 克 萨 油 克 油 o C 10时 o C 为 时 2为 2 20 o C 20时 o C 为 时 2为 2 20 o C 20时 o C 为 时 2为 柯 卢 柯 油 卢 油 F3 凝 F3 析 凝 油 析 油 54 54<-63 < o C 20时 o C 为 时 2为 o C 10时 o C 为 时 1为 Gippsland 原 油 原 油 o C 20时 o C 为 时 1.5 为 1.5 Hidra Hidra 油 油 o C 10时 o C 为 时 2.5 为 Terengganu 凝 析 凝 油 析 油 o C 20时 o C 为 时 0.5 为 0.5 >95 > Wollybutt 油 油 o C 20时 o C 为 时 2 为 汽 油 汽 油 o C 15时 o C 为 时 0.5 为 煤 油 煤 油 o C 15时 o C 为 时 2为 石 脑 石 油 脑 油 o C 15时 o C 为 时 0.5 为 低 倾 低 点 倾 < 点 6< o C6 o C 阿 拉 阿 斯 拉 加 斯 北 加 坡 北 油 坡 油 阿 拉 阿 伯 拉 重 伯 油 重 油 阿 拉 阿 伯 拉 中 伯 油 中 油 阿 拉 阿 伯 拉 轻 伯 油 轻 油 邦 尼 邦 轻 尼 油 轻 油 伊 朗 伊 重 朗 油 重 油 伊 朗 伊 轻 朗 油 轻 油 海 吉 海 油 吉 油 锡 里 锡 岛 里 油 岛 油 雷 马 雷 油 马 油 提 华 提 纳 华 轻 纳 油 轻 油 特 罗 特 尔 罗 油 尔 油 A A B B C C 15 o C 15时 o C 为 时 32 为 o C 15时 o C 为 时 55 为 o C 15时 o C 为 时 25 为 o C 15时 o C 为 时 14 为 o C 15时 o C 为 时 25 为 o C 15时 o C 为 时 25 为 o C 15时 o C 为 时 15 为 o C 15时 o C 为 时 80 为 o C 10时 o C 为 时 18 为 o C 10时 o C 为 时 10 为 o C 15时 o C 为 时 500 为 o C 10时 o C 为 时 14 为 14 D D E E E E 第 22 组 油 IFO IFO 高 倾 高 点 倾 >5 点 o C>5 o C 卡 宾 卡 达 宾 油 达 油 A A B B o C 15时 o C 为 时 1,500-3,000 为 C C D D 科 科 油 科 油 A: A: o API o API ( 比 ( 重 比 ) 重 B: B: 倾 点 倾 o 点 C: o C: C: C: o C o 时 C 粘 时 度 粘 : 度 介 : 于 介 4 于 Cst 4 Cst 和 半 和 固 半 态 固 之 态 间 之 间 D: D: 沸 点 沸 在 点 200 在 200 o C o 以 C 下 以 的 下 比 的 例 比 : 例 介 : 于 介 20% 于 20% 和 50% 和 50% 之 间 之 间 E: E: 沸 点 沸 在 点 370 在 370 o C o C 以 上 以 的 上 比 的 例 比 : 例 介 : 于 介 15 于 15 和 50% 和 50% 之 间 之 间 冈 巴 冈 油 巴 油 曼 吉 曼 油 吉 油 米 纳 米 斯 纳 油 斯 油 o C 15时 o C 为 时 70 为 低 倾 低 点 倾 < 点 6< o C 6 o C 阿 拉 阿 伯 拉 极 伯 轻 极 油 轻 油 阿 塞 阿 拜 塞 疆 拜 油 疆 油 布 仑 布 特 仑 油 特 油 德 拉 德 根 拉 油 根 油 杜 坎 杜 油 坎 油 利 物 利 浦 物 湾 浦 油 湾 油 索 科 索 尔 科 ( 萨 尔 哈 ( 萨 林 哈 岛 林 ) 油 岛 ) 油 里 约 里 尼 约 格 尼 油 格 油 乌 姆 乌 姆 谢 姆 夫 谢 油 夫 油 扎 库 扎 姆 库 油 姆 油 海 洋 海 气 洋 油 气 (MGO) 油 (MGO) 高 倾 高 点 倾 >5 点 o C>5 o C 安 姆 安 那 姆 油 那 油 比 阿 比 特 阿 丽 特 斯 丽 油 斯 油 民 都 民 鲁 都 油 鲁 油 埃 斯 埃 克 斯 拉 克 沃 拉 斯 沃 油 斯 油 里 尔 里 油 尔 油 国 家 国 湾 家 油 湾 油 A A B B C C o C 15时 o C 为 时 3为 3 20 o C 20时 o C 为 时 8为 8 10 o C 10时 o C 为 时 7为 7 20 o C 20时 o C 为 时 4为 4 15 o C 15时 o C 为 时 9为 9 20 o C 20时 o C 为 时 4为 4 20 o C 20时 o C 为 时 4为 4 10 o C 10时 o C 为 时 23 为 o C 10时 o C 为 时 10 为 o C 10时 o C 为 时 6为 6 15 o C 15时 o C 为 时 5为 5 A A B B C C o C 15时 o C 为 时 32 为 o C 15时 o C 为 时 9为 o C 10时 o C 为 时 7为 7 D D E E D D E E 注 意 : 高 倾 点 油 类 仅 在 环 境 温 度 超 过 其 倾 点 的 情 况 下 其 行 为 特 征 才 像 第 2 组 低 于 此 温 度 时, 应 将 其 视 作 第 4 组 油 类 注 意 : 高 倾 点 油 类 仅 在 环 境 温 度 超 过 其 倾 点 的 情 况 下 其 行 为 特 征 才 像 第 3 组 低 于 此 温 度 时, 应 将 其 视 作 第 4 组 油 类 第 44 组 油 A: A: o API o API < 17.5 < 17.5 ( 比 ( 重 比 >0.95) 重 或 B: 或 B: 倾 点 倾 >30 点 >30 o C o C C: C: o C o 时 C 粘 时 度 粘 : 度 介 : 于 介 1500 于 1500 Cst Cst 和 半 和 固 半 态 固 之 态 间 之 间 D: D: 沸 点 沸 在 点 200 在 200 o C o 以 C 下 以 的 下 比 的 例 比 : 例 小 : 于 小 25% 于 25% E: E: 沸 点 沸 在 点 370 在 370 o C o C 以 上 以 的 上 比 的 例 比 : 例 大 : 于 大 30% 于 30% A A B B C C D D E E 巴 查 巴 克 查 罗 克 17 罗 o C 15时 o C 为 时 5000 为 波 斯 波 坎 斯 油 坎 油 辛 塔 辛 油 塔 油 汉 第 汉 尔 第 油 尔 油 马 瑞 马 油 瑞 油 o C 15时 o C 为 时 7,000 为 7, 尼 罗 尼 河 罗 混 河 合 混 油 合 油 匹 隆 匹 油 隆 油 胜 利 胜 油 利 油 大 庆 大 油 庆 油 提 华 提 纳 华 轻 纳 油 轻 油 韦 杜 韦 里 杜 油 里 油 IFO IFO o C 15时 o C 为 时 5,000 为 5,000-30,000-30,000 5 表 2: 根 据 API( 美 国 石 油 学 会 比 重 ) 分 类 的 油 类 示 例 每 一 组 的 颜 色 与 表 1 以 及 图 和 13 都 有 关 一 般 而 言, 组 编 号 越 大, 泄 漏 后 的 持 久 性 就 越 高 8 海 洋 泄 漏 油 类 的 最 终 归 属

9 往 往 具 有 高 倾 点, 如 果 环 境 温 度 低, 这 种 油 类 将 呈 半 固 态 或 十 分 粘 稠 的 液 态, 因 而 自 然 风 化 过 程 将 会 很 缓 慢 有 时 会 将 比 重 大 于 1 且 API 小 于 10 时 的 油 类 认 定 为 属 于 第 五 组 这 种 油 类 发 生 沉 降 的 可 能 性 很 大, 尤 其 是 在 淡 盐 水 中 更 是 如 此 有 时 也 将 这 种 油 类 称 作 LAPIO( 低 API 油 类 ) 这 类 油 由 非 常 重 的 燃 油 和 残 留 的 油 浆 组 成 ( 图 11) 图 12 显 示 了 2-4 组 发 生 泄 漏 后 粘 度 因 蒸 发 和 乳 化 随 时 间 提 高 的 典 型 情 况, 表 明 乳 化 对 粘 度 上 升 有 最 大 的 影 响 5 图 11: 从 一 艘 损 坏 的 驳 船 泄 漏 到 海 底 的 一 种 非 常 重 的 燃 油 这 种 油 的 o API 为 4, 换 算 成 比 重 就 是 1.04, 相 比 之 下, 海 水 的 比 重 为 1.025( 供 图 :NOAA) 生 物 降 解 则 是 决 定 着 油 类 最 终 归 属 的 较 长 期 过 程 消 散 和 乳 化 是 相 互 对 抗 的 两 个 过 程 : 消 散 会 从 海 面 中 清 除 油 类, 而 乳 化 则 会 导 致 污 染 物 体 积 增 加 并 持 久 存 留 下 来 决 定 油 类 是 消 散 还 是 乳 化 的 因 素 包 括 : 漏 油 条 件 ( 泄 漏 速 度 和 泄 漏 量, 是 在 海 面 上 泄 漏 还 是 在 水 下 泄 漏, 等 等 ); 环 境 条 件 ( 温 度 海 面 状 况 水 流 等 ); 以 及 油 类 的 物 理 和 化 学 属 性 尝 试 预 测 漂 浮 层 在 海 上 的 生 存 期 内 油 类 不 断 变 化 的 特 征 时, 了 解 各 个 风 化 过 程 相 互 作 用 的 方 式 十 分 重 要 通 过 预 测 油 类 特 征 随 时 间 推 移 的 潜 在 变 化, 可 以 评 估 所 泄 漏 油 类 可 能 的 持 久 性, 从 而 评 估 出 最 适 宜 的 可 选 应 对 方 案 就 后 者 而 言, 需 要 经 常 区 分 非 持 久 油 类 和 持 久 油 类 : 非 持 久 油 类 由 于 具 有 易 挥 发 性 和 低 粘 度 的 特 点, 往 往 会 很 快 从 海 面 上 消 失 ; 持 久 油 类 则 会 更 缓 慢 地 消 散 且 通 常 需 要 采 取 清 理 措 施 加 以 应 对 例 如, 汽 油 石 脑 油 和 煤 油 就 属 于 非 持 久 油 类, 而 大 多 数 原 油 中 间 级 燃 油 和 重 质 燃 油 以 及 沥 青 则 划 归 为 持 久 油 类 * 图 13 显 示 了 四 组 油 自 然 清 除 率 的 简 化 示 图, 同 时 考 虑 了 水 混 油 乳 状 液 形 成 对 污 染 物 体 积 随 时 间 变 化 的 影 响 该 示 意 图 是 根 据 现 场 观 察 结 果 描 绘 的, 旨 在 体 现 持 久 性 相 对 于 油 类 物 理 特 性 的 变 化 情 况 单 种 原 油 的 确 切 行 为 取 决 于 其 属 性 和 泄 漏 时 的 情 况 天 气 和 气 候 条 件 将 对 漂 浮 层 的 持 久 性 产 生 特 别 的 影 响 例 如, 在 极 为 恶 劣 的 天 气 条 件 下, 第 3 组 油 的 消 散 时 间 与 第 2 组 油 更 为 相 似 与 之 相 反 的 是, 在 寒 冷 平 静 的 天 气 条 件 下, 该 组 油 的 持 久 性 可 能 与 第 4 组 油 接 近 第 4 组 油, 包 括 很 多 船 只 作 为 燃 料 舱 燃 料 携 带 的 重 质 燃 油, 一 般 粘 度 和 持 久 性 都 很 高, 因 此 清 除 时 的 问 题 最 多 由 于 这 种 油 极 为 持 久, 可 能 在 海 洋 中 扩 散 极 长 的 距 离, 并 导 致 大 范 围 的 污 染 计 算 机 模 型 现 有 多 种 用 来 预 测 油 类 泄 漏 运 动 或 路 线 的 计 算 机 模 型 部 分 计 算 机 模 型 包 含 天 气 预 测 功 能, 可 以 还 有 一 种 可 选 的 分 类 方 式 根 据 API 将 经 常 运 输 的 油 类 划 分 为 四 组 ( 表 2) 这 种 分 类 方 式 的 目 的 是 将 在 海 上 泄 漏 时 行 为 方 式 可 能 相 似 的 油 类 划 分 成 一 组 一 般 规 则 是, 油 类 的 API 越 高 ( 且 比 重 越 低 ), 其 持 久 性 就 越 低 不 过, 务 必 要 认 识 到, 有 些 明 显 很 轻 的 油 类 由 于 存 在 石 蜡, 在 行 为 方 面 更 像 重 质 油 类 石 蜡 含 量 超 过 10% 左 右 的 油 类 * 针 对 油 轮 泄 漏 的 国 际 责 任 与 赔 偿 机 制 会 对 持 久 油 类 和 非 持 久 油 类 进 行 区 分, 对 后 者 的 定 义 为 : 由 烃 馏 分 组 成, 并 且 按 照 ASTM D 86/78 方 法 或 之 后 对 它 的 任 何 修 订 进 行 测 试 时, 其 中 (a) 有 至 少 50%( 按 体 积 计 ) 的 烃 馏 分 会 在 340 C 的 条 件 下 蒸 馏 掉, 并 (b) 有 至 少 95% 的 烃 馏 分 会 在 370 C 的 条 件 下 蒸 馏 掉 5 图 12: 在 温 和 到 波 涛 汹 涌 的 海 面 上, 典 型 的 粘 度 水 平 会 增 加 第 1 组 油 类 的 粘 度 在 海 洋 环 境 中 绝 不 会 超 过 100cSt, 因 此 在 图 中 未 予 显 示 技 术 资 料 论 文 2 9

10 显 示 所 泄 漏 油 类 在 特 定 条 件 下 可 能 随 时 间 发 生 的 变 化 这 些 模 型 一 般 会 利 用 其 中 包 含 不 同 油 类 的 物 理 和 化 学 特 性 的 数 据 库, 以 及 针 对 油 类 行 为 的 科 研 和 观 察 结 果 不 过, 因 为 风 化 过 程 的 复 杂 性 以 及 与 漂 浮 层 移 动 相 关 的 不 确 定 性, 仍 难 以 实 现 对 整 个 情 况 的 精 确 预 测 因 此, 务 必 了 解 风 化 和 泄 漏 路 线 模 型 所 基 于 的 假 定, 并 在 使 用 相 应 结 果 时 考 虑 这 些 因 素 例 如, 在 应 对 作 业 中, 应 通 过 观 察 实 际 的 油 类 分 布 和 行 为 对 模 型 预 测 进 行 验 证 但 是, 这 些 模 型 可 以 有 效 指 示 应 注 重 此 类 调 查 的 情 形, 以 及 特 定 油 类 的 可 能 情 况 和 行 为 对 于 最 优 清 理 方 法 评 估 培 训 以 及 在 应 变 计 划 过 程 中, 这 些 模 型 都 极 具 价 值 清 理 和 应 变 计 划 的 影 响 油 类 快 速 扩 散 和 破 碎 的 趋 势, 特 别 是 在 恶 劣 的 海 洋 条 件 下, 始 终 会 对 所 有 应 对 方 法 带 来 限 制, 因 而 切 不 可 低 估 例 如, 对 于 扩 散 距 离 已 达 数 千 米 的 泄 漏, 行 迹 宽 度 仅 有 几 米 的 船 上 油 污 回 收 系 统 可 能 无 法 遇 到 任 何 显 著 的 油 量 对 于 低 粘 度 油 类, 达 到 这 种 范 围 的 扩 散 可 能 仅 需 几 个 小 时 这 也 就 是 为 何 海 上 油 类 回 收 作 业 绝 大 多 数 情 况 下 都 只 能 清 除 大 型 漂 浮 层 的 一 小 部 分 的 主 要 原 因 之 一 漂 浮 层 的 移 动 情 况 以 及 油 类 因 风 化 作 用 而 发 生 的 性 质 变 化 决 定 着 除 了 监 视 漂 浮 层 的 消 散 情 况 外 是 否 还 有 必 要 采 取 任 何 应 对 措 施 在 需 要 积 极 应 对 的 情 况 下, 将 需 要 根 据 风 化 过 程 重 新 评 估 所 选 清 理 方 法 的 适 宜 性, 并 随 着 应 对 工 作 的 进 展 和 条 件 的 变 化 对 这 些 方 法 进 行 修 改 例 如, 随 着 油 类 的 扩 散 和 油 类 粘 度 的 提 高, 在 海 中 施 用 消 散 剂 的 效 果 将 会 降 低 根 据 特 定 油 类 的 特 征, 当 粘 度 接 近 于 10,000 cst 时, 很 多 消 散 剂 的 效 果 将 大 打 折 扣, 当 粘 度 增 至 远 高 于 此 值 的 程 度 时, 大 多 数 消 散 剂 便 根 本 不 起 作 用 油 类 粘 度 可 能 会 非 常 快 地 增 加, 也 就 说, 可 供 使 用 消 散 剂 的 时 间 可 能 非 常 短 因 此, 应 定 期 监 视 消 散 剂 施 用 工 作, 如 果 没 有 效 果, 应 终 止 喷 洒 作 业 ( 图 14) 同 样, 如 果 部 署 了 机 械 回 收 系 统, 那 么 随 着 油 类 的 风 化 其 粘 度 的 增 加 和 乳 状 液 的 形 成, 可 能 需 要 更 改 使 用 的 盘 式 撇 浮 装 置 和 泵 的 类 型 例 如 亲 油 性 ( 吸 引 油 类 ) 盘 式 撇 浮 装 置 依 靠 使 油 类 附 着 于 盘 上 的 做 法 来 进 行 回 收 ( 图 15) 不 过, 乳 状 液 的 行 为 就 像 是 剪 切 变 稀 液 体 一 样 : 当 施 以 缠 绕 操 作 ( 例 如 通 过 转 动 盘 子 ) 时, 乳 状 液 中 的 水 滴 将 会 全 部 排 成 一 个 方 向, 从 而 降 低 了 粘 度, 并 导 致 乳 状 液 被 割 穿, 而 非 附 着 在 盘 上 使 用 离 心 泵 也 会 产 生 同 样 的 作 用, 泵 的 叶 轮 在 转 动 时 可 能 无 法 高 效 地 将 乳 状 液 抽 入 泵 中 鉴 于 此, 建 议 使 用 正 排 量 泵 来 输 送 乳 状 液 5 图 13: 表 1 和 表 2 中 每 个 组 中 的 典 型 油 类 在 海 面 上 存 留 的 水 混 油 乳 状 液 体 积, 以 占 原 始 泄 漏 体 积 (100%) 的 百 分 比 形 式 表 示 这 些 曲 线 表 示 每 个 组 的 估 计 平 均 行 为 不 过, 特 定 原 油 的 行 为 可 能 与 一 般 规 律 不 同, 具 体 取 决 于 其 属 性 以 及 泄 漏 时 的 环 境 条 件 10 海 洋 泄 漏 油 类 的 最 终 归 属

11 5 图 14: 油 类 粘 度 高 导 致 施 用 消 散 剂 不 成 功, 这 可 以 从 油 类 周 围 的 消 散 剂 所 形 成 的 典 型 白 色 股 流 看 出 来 5 图 15: 盘 式 撇 浮 装 置 可 以 成 功 回 收 刚 刚 泄 漏 的 轻 质 原 油 不 过, 如 果 油 类 严 重 乳 化, 那 么 回 收 作 业 的 有 效 性 将 会 降 低, 因 为 乳 状 液 无 法 附 着 在 盘 上 了 解 不 同 油 类 可 能 的 最 终 归 属 和 行 为 以 及 它 们 给 清 理 作 业 带 来 的 限 制 是 准 备 有 效 应 变 计 划 的 基 础 此 外, 有 关 全 年 盛 行 风 和 水 流 的 信 息 将 会 指 示 油 类 最 有 可 能 的 动 向, 以 及 在 给 定 位 置 可 能 受 影 响 的 敏 感 资 源 参 考 有 关 所 处 理 和 运 输 的 油 类 型 的 数 据, 可 以 预 测 漂 浮 层 可 能 的 生 存 期, 以 及 可 能 需 要 采 取 清 理 措 施 来 应 对 的 剩 余 油 类 的 数 量 和 性 质 这 些 数 据 还 将 有 助 于 决 定 如 何 选 择 合 适 的 清 理 方 法 和 设 备 对 于 诸 如 油 码 头 和 离 岸 装 卸 浮 标 等 固 定 设 施, 由 于 涉 及 的 油 类 型 十 分 有 限 且 盛 行 天 气 和 海 洋 条 件 可 能 已 众 所 周 知, 因 此 可 以 作 出 十 分 准 确 的 预 测 这 简 化 了 有 效 应 变 计 划 的 制 定 过 程, 使 得 可 以 做 出 合 适 的 应 对 工 作 安 排 在 船 舶 交 通 密 集 有 很 多 船 只 处 在 运 输 途 中 或 者 需 处 理 众 多 种 油 类 型 的 地 区, 计 划 将 无 法 涵 盖 所 有 的 意 外 事 件 因 此, 尽 快 确 定 所 泄 漏 油 类 的 类 型 和 行 为 更 为 重 要, 这 样 的 话, 如 果 需 要 采 取 应 对 措 施, 便 可 以 采 用 最 合 适 的 方 法 要 点 油 类 一 旦 泄 漏, 便 开 始 风 化, 其 物 理 和 化 学 属 性 将 随 时 间 的 推 移 发 生 变 化 在 泄 漏 的 早 期 阶 段, 扩 散 蒸 发 消 散 和 乳 化 十 分 重 要 ; 而 光 氧 化 沉 淀 和 生 物 降 解 则 是 决 定 着 油 类 最 终 归 属 的 长 期 过 程 这 些 过 程 的 发 生 速 度 取 决 于 天 气 条 件 和 油 类 的 特 性, 如 比 重 易 挥 发 性 粘 度 和 倾 点 蒸 发 和 消 散 是 油 类 得 以 从 海 面 上 清 除 的 原 因 之 一, 而 乳 化 则 会 导 致 油 类 持 久 存 留 且 污 染 物 体 积 增 加 与 海 岸 线 的 相 互 作 用 可 能 会 因 为 形 成 粘 土 与 油 类 的 絮 凝 物 而 导 致 油 类 得 以 清 除, 也 可 能 会 因 为 油 类 进 入 细 小 的 沉 淀 物 或 者 在 混 入 到 粗 砂 石 或 细 砾 较 多 的 海 滩 上 时 形 成 沥 青 路 面 而 导 致 油 类 持 久 留 存 在 有 遮 蔽 物 的 位 置 少 数 残 油 会 因 为 密 度 足 够 大 而 会 在 泄 漏 时 沉 降 下 来 不 过, 大 多 数 油 类 都 将 处 于 漂 浮 状 态, 仅 在 与 密 度 更 大 的 沉 淀 物 混 在 一 起 时 才 可 能 会 发 生 沉 降 通 过 了 解 油 类 可 能 的 最 终 归 属 和 行 为, 可 以 优 化 可 选 应 对 方 案 技 术 资 料 论 文 2 11

12 技 术 资 料 论 文 1 海 洋 油 类 泄 漏 的 空 中 观 察 2 海 洋 泄 漏 油 类 的 最 终 归 属 3 油 类 污 染 应 对 措 施 中 的 栅 栏 应 用 4 使 用 分 散 剂 处 理 油 类 泄 漏 5 油 类 污 染 应 对 措 施 中 的 撇 浮 装 置 应 用 6 海 岸 线 油 类 识 别 7 海 岸 线 油 类 清 理 8 油 类 泄 漏 应 对 措 施 中 的 吸 附 剂 材 料 应 用 9 油 类 和 残 片 的 弃 置 10 油 类 泄 漏 事 故 处 理 的 领 导 指 挥 和 管 理 11 油 类 污 染 对 渔 业 和 海 洋 生 物 养 殖 的 影 响 12 油 类 污 染 对 社 会 和 经 济 活 动 的 影 响 13 油 类 污 染 对 环 境 的 影 响 14 海 洋 油 类 泄 漏 的 采 样 和 监 视 15 油 类 污 染 索 赔 的 准 备 和 提 交 16 海 洋 油 类 泄 漏 的 应 变 计 划 17 对 海 洋 化 学 品 污 染 事 故 的 应 对 措 施 2011 年 ITOPF Ltd 版 权 所 有 由 位 于 英 国 坎 特 伯 雷 的 Impact PR & Design Limited 编 制 国 际 油 轮 船 东 污 染 组 织 (ITOPF) 是 一 个 非 营 利 组 织, 旨 在 代 表 世 界 各 地 的 船 东 及 其 保 险 公 司 促 进 对 油 类 化 学 品 和 其 它 危 险 物 质 的 海 洋 泄 漏 采 取 有 效 的 应 对 措 施 提 供 的 技 术 服 务 包 括 紧 急 事 故 抢 险 清 理 技 术 咨 询 污 染 危 险 评 估 协 助 进 行 泄 漏 应 对 措 施 规 划 和 提 供 培 训 ITOPF 为 您 提 供 全 面 的 海 洋 油 类 污 染 信 息, 借 鉴 ITOPF 技 术 人 员 的 丰 富 经 验 编 写 了 一 系 列 论 文, 本 文 是 其 中 之 一 本 传 单 中 的 信 息 可 以 在 事 先 获 得 ITOPF 明 确 许 可 的 情 况 下 进 行 复 制 有 关 进 一 步 的 信 息, 请 联 系 : THE INTERNATIONAL TANKER OWNERS POLLUTION FEDERATION LIMITED 1 Oliver's Yard, 55 City Road, London EC1Y 1HQ, United Kingdom 电 话 :+44 (0) 电 子 邮 件 :central@itopf.com 传 真 :+44 (0) 网 站 : 24 小 时 热 线 :+44 (0) ; +44 (0)