環(huán)境因子對4種溢油分散劑乳化性能的影響*

李廣茹

（中海石油環(huán)保服務（天津）有限公司 天津 300452）

環(huán)境因子對4種溢油分散劑乳化性能的影響*

李廣茹

（中海石油環(huán)保服務（天津）有限公司 天津 300452）

文章以4種溢油分散劑為研究對象，以10 min乳化率為觀察指標，在實驗室條件下依據國家標準，評價了4種溢油分散劑的乳化性能，以及溫度、鹽度、劑油比等環(huán)境因素對乳化穩(wěn)定性能的影響。結果表明，溫度顯著影響4種溢油分散劑的穩(wěn)定性能；鹽度對4種溢油分散劑穩(wěn)定性能的影響較?。徊煌壤囊缬头稚┘尤雽σ缬头稚┓€(wěn)定性能的影響變化較大。與溢油事故現場相關的實驗研究還需要進一步開展。

溢油分散劑；使用效果；溫度；鹽度；劑油比

1 前言

伴隨著全球石油需求的快速增長，海上溢油污染事件頻發(fā)，嚴重威脅了海洋生態(tài)環(huán)境。采取切實可行的溢油污染處置措施，對于保障和改善海洋環(huán)境，維持海上油氣開采持續(xù)健康的發(fā)展具有重要的現實意義。在溢油處置過程中消油劑的使用也是一項重要措施。

現有消油劑多為化學溢油分散劑，是由表面活性劑、溶劑及少量助劑復配而成的油處理劑，由于其在一定條件下能夠快速處置溢油污染，被廣泛應用于溢油污染應急處置過程中［1］。在消油劑使用過程中，表面活性劑分布于油水界面上，在其親油基團的作用下，油／水之間的界面張力被降低，形成易于分散的水包油 （O／W）結構的顆粒。顆粒表面定向地分布著表面活性劑的親水基團，阻擋油滴的重新集合，使油滴的表面積大大增加，有利于油與水的充分接觸與混合，從而達到提高溢油分散、生物降解和光化學氧化的目的，可以減小溢油事故的發(fā)生對海洋生態(tài)系統的影響［2］。

乳化率作為指示溢油分散劑使用效果的有效指標，被廣泛應用于溢油分散劑相關試驗研究與產品測試標準中。如，我國針對溢油分散劑的室內試驗多集中于產品乳化率的評價。目前產品乳化性能的測試方法主要依據國家標準（GB18188.1－2000《中華人民共和國國家標準——溢油分散劑技術條件》）及行業(yè)標準（HY044－1997《中華人民共和國行業(yè)標準——海洋石油勘探開發(fā)常用溢油分散劑性能指標及檢驗方法》）中規(guī)定的測試方法進行。國外針對溢油分散劑的室內研究主要通過BFT（baffled flask test）測試方法進行測試［3－5］。

以4種溢油分散劑RS－1、TH、QG－1、GF為研究對象，以溢油分散劑10 min乳化率為指標，在實驗室條件下研究了這幾種溢油分散劑的乳化穩(wěn)定性，以及溫度、鹽度、劑油比對溢油分散劑的乳化穩(wěn)定性的影響。該研究為篩選高效溢油分散劑，確定溢油分散劑的使用條件以及溢油分散劑的最佳使用量提供基礎數據和科學依據。

2 材料與方法

2.1 材料

2.1.1 溢油分散劑

溢油分散劑為：RS－1、TH、QG－1、GF，分別取自廣東、天津、山東3家消油劑生產廠家。

2.1.2 原油

準確稱取500 mg原油（密度：953.94 kg／m3）溶于25 m L三氯甲烷中，得到2×104mg／L原液。分別取1 mL，2 mL，3 mL，4 mL，5 mL原液，稀釋至10 mL，制備實驗油－三氯甲烷溶液系列標準溶液。濃度分別為2×103mg／L、4× 103mg／L、6×103mg／L、8×103mg／L、10× 103mg／L。用波長650 nm，0.5 cm的比色皿測定系列標準溶液的吸光度，繪制油濃度和吸光度的標準曲線。

2.1.3 海水

取自天津港碼頭，經過濾、滅菌后放至室溫使用。

2.2 方法

2.2.1 4種溢油分散劑乳化率測定

實驗在溫度25℃±1℃，鹽度30±1的條件下進行。原油與海水比例為1∶50，4種溢油分散劑與原油的比例為1∶5。乳化率的測定依據GB18188.1－2000《中華人民共和國國家標準——溢油分散劑技術條件》中規(guī)定的方法。將容器置于恒溫水浴振蕩器中，以120 r／min的頻率振蕩，乳化30 s以后，靜置10 min，取出下層乳化液，用石油醚進行萃取，將萃取液稀釋到合適濃度后在650 nm處測定吸光度，以三氯甲烷對照，測定10 min時4種溢油分散劑的乳化率。

2.2.2 溫度對4種溢油分散劑乳化率的影響

設置15℃、20℃、25℃、30℃4個溫度梯度。其他條件同2.1節(jié)考察4種溢油分散劑的乳化率。

2.2.3 鹽度對4種溢油分散劑乳化率的影響

設置25、30、35共3個鹽度梯度。其他條件同2.1節(jié)考察4種溢油分散劑的乳化率。

2.2.4 劑油比對4種溢油分散劑乳化率的影響

劑油比 （DOR），4種溢油分散劑與原油的比例分別設置為10%、15%、20%、25%、30%，觀察4種溢油分散劑的穩(wěn)定性能。

2.3 數據處理

實驗設3個平行，其中2次重復，Origin-Pro8.0統計軟件包處理統計數據。One-way-ANOVA進行統計差異分析，檢驗P在0.05和0.01水平的差異顯著性。

3 實驗結果

3.1 4種溢油分散劑乳化率測定

RS-1、TH、QG-1、GF 4種溢油分散劑的乳化率與對照組相比，4種溢油分散劑均顯著提高了原油的乳化效率。其中以RS-1溢油分散劑和TH溢油分散劑的乳化效果較好。QG-1溢油分散劑和GK溢油分散劑的乳化效果雖然顯著高于對照組，但均小于20%，表明QM－1溢油分散劑和GF溢油分散劑穩(wěn)定能力較低。4種溢油分散劑乳化率分別為：RS-1為38%；TH為21%；QG-1為14%；GF為17%。其乳化原油穩(wěn)定性能由大到小依次為：RS-1、TH、GF、QG-1。

3.2 溫度對溢油分散劑乳化穩(wěn)定性的影響

溫度對4種溢油分散劑處理原油穩(wěn)定性能的影響與對照組相比，4種溢油分散劑在25℃的乳化率最高，表明25℃是4種溢油分散劑使用的最佳溫度。QG-1溢油分散劑和GF溢油分散劑在15℃時乳化率極低。

3.3 鹽度對溢油分散劑乳化穩(wěn)定性的影響

鹽度對4種溢油分散劑處理原油乳化性能的影響與對照組相比，4種溢油分散劑均在鹽度為30時乳化率最高，表明30是溢油分散劑使用的最佳鹽度。相對于TH、QG-1和GF，RS-1溢油分散劑在各鹽度處理組對原油的乳化效果最為顯著，但是鹽度高于和低于30，其乳化穩(wěn)定性能均降低，鹽度為35的各處理組，乳化率均呈現下降趨勢。

3.4 劑油比對溢油分散劑乳化穩(wěn)定性的影響

4種溢油分散劑以不同添加比例處理原油后，乳化率與對照組相比，4種溢油分散劑的添加均可以使原油不同程度的乳化分散，其中以添加20%處理組乳化率最高，表明20%處理組具有最穩(wěn)定的原油乳化能力。4種溢油分散劑中，RS-1的乳化效率最高，但是在30%添加處理組，其乳化率也低于20%。表明大劑量添加溢油分散劑并不能一直提高原油的乳化分散效果。TH溢油分散劑只有20%添加處理組乳化率達到21%，QG-1溢油分散劑和GF溢油分散劑的各處理組均沒有達到20%的乳化效率。

4 討論

4.1 環(huán)境因子對溢油分散劑乳化穩(wěn)定性的影響

4.1.1 溫度對溢油分散劑乳化穩(wěn)定性的影響

溫度降低時，原油黏度增加，油水表面張力增大，溢油分散劑擴散速度下降，導致乳化穩(wěn)定性降低［6］，溫度升高時，溢油分散劑更容易與原油混合乳化，溢油分子能更充分的分散，因此升高溫度能明顯提高溢油分散劑的乳化穩(wěn)定性，25℃時溢油分散劑的乳化效果最佳。

4.1.2 鹽度對溢油分散劑乳化穩(wěn)定性的影響

通過實驗可以發(fā)現，與溫度、劑油比對溢油分散劑乳化率的影響程度相比較，鹽度對溢油分散劑乳化穩(wěn)定性影響較小。鹽度變化時，除了RS-1溢油分散劑乳化率變化較大，其他3種變化并不顯著。

4.1.3 劑油比對溢油分散劑乳化率的影響

當DOR較高時，溢油分散劑含量高，達到油水界面上的表面活性劑就增多，從而更大程度地降低表面張力，提高乳化率。溢油分散劑的主要成分為化學表面活性劑，有研究發(fā)現，當DOR為10%～15%之間時，溢油分散劑中的表面活性劑不能全部到達油水界面，乳化率出現短暫的平衡。當繼續(xù)提高劑油比，平衡狀態(tài)被破壞，乳化率繼續(xù)增大。但是當劑油比繼續(xù)提高，大于20%時，乳化率逐漸下降。表明溢油分散劑的用量對于溢油分散劑的使用有較大的影響。因此，無限制增大溢油分散劑的投放量，并非可以提高溢油污染分散效果，反而會引起海洋生態(tài)環(huán)境的二次污染。

4.2 其他因素對溢油分散劑乳化穩(wěn)定性的影響

分別從原油、劑油比、海水溫度、鹽度對4種溢油分散劑的乳化效果進行分析。結果表明，在溫度、鹽度等因素的影響下，溢油分散劑的乳化效果會出現不同的結果，原因可能與實驗室條件、實驗材料、實驗設計、實驗誤差等有關。實驗室條件下，發(fā)現在溫度、鹽度、劑油比等因素中，溫度顯著影響溢油分散劑的乳化穩(wěn)定性能，在15℃～25℃范圍內，4種溢油分散劑的穩(wěn)定性較好，大于25℃，4種溢油分散劑均呈現不同程度的下降；鹽度對4種溢油分散劑穩(wěn)定性能的影響較小，鹽度30時，溢油分散劑乳化穩(wěn)定性能最高；不同比例的溢油分散劑加入對溢油分散劑穩(wěn)定性能的影響變化較大，以20%比例加入時，4種溢油分散劑的穩(wěn)定性能最強。

研究發(fā)現，影響化學溢油分散劑乳化效果的因素，除本文所列出的溫度、鹽度、劑油比3類因素外，萃取次數［6］、溫度與鹽度共同作用、溫度與劑油比共同作用均會對溢油分散劑的乳化效果產生不同程度的影響。

5 結論

①通過實驗得出的結論是：4種溢油分散劑乳化穩(wěn)定性能由大到小依次為：RS-1、TH、GF、QG-1；②25℃時4種溢油分散劑具有最佳的原油乳化分散能力；③鹽度為30時，4種溢油分散劑乳化分散能力最高；④劑油比為20%時，4種溢油分散劑的乳化分散能力最強。

［1］ ZUKUNFT P F.Summary report for sub-sea and sub-surface 0il and dispersant detection［R］.Washington，D C，US：US Coast Guard，2011.

［2］ LESSARD R R，DEMARCO G.The significance of oil spill dispersants［J］.Spill Science＆Technology Bulletin，2000（6）：59-68.

［3］ SORIAL G A，VENOSA A D，KORAN K M，et al.Oil spill dispersant effectiveness protocol.I：impact of operational variables［J］.Journal of Environmental Engineering-ASCE，2004，130（10）：1073－1084.

［4］ SUIDAN M T，SORIAL G A，Analysis of dispersant effectiveness of heavy fuel oil and weathered crude oils at two different temperatures using the baffled flask［R］.Washington；U.S：EPA，2005.

［5］ KAKU V J，BOUFADEL M C，VENOSA A D.E-valuation of mixing energy in laboratory flasks used for dispersant effectiveness testing［J］.Journal of Environmental Engineering，2006，132（1）：93－101.

［6］ 包木太，管麗君，馬愛青，等.化學溢油分散劑乳化效果影響因素研究［J］.中國海洋大學學報：自然科學版，2012（9）：53－58.

國家科技支撐計劃課題（2012BAC14B00）.