海洋溢油的基本特征及处理体系

海洋溢油的基本特征及处理体系

徐笑丰

（ 中国地质大学资源学院 湖北武汉 430074 ）

摘 要：随着海洋石油勘探开发及运输活动的日益频繁，溢油灾害对海洋生态环境乃至人类的威胁也日益增大。如何处理海洋溢油造成的危害已刻不容缓。为此，我们需对海洋溢油的基本特征（如溢油来源、形式、影响对象、归宿、危害等）进行全面了解，进一步根据其规律，进行总结归纳，建立一系列合理有效的处理体系（如防溢油扩散体系、溢油回收体系、溢油处理体系等），最终达到对溢油问题的妥善处理。因此，对海洋溢油的基本规律与相关处理体系的归纳总结，不仅对海洋溢油处理有指导意义，同时也为日后的研究与完善提供了方向。

关 键 词：海洋溢油；特征；处理体系

中图分类号： 文献标识码：A

Essential characteristics and solution systems of offshore oil-spill

Xu Xiaofeng

(Faculty of Resources of China University of Geosciences，Wuhan 430074 )

Abstract: As the booming of offshore oil exploration and transportation, damage of offshore oil-spill that caused to marine ecological environment and even to human-being is increasingly serious. Solving the problem of offshore oil-spill admits of no delay. Thus, we should keep a comprehensive mind to the essential characteristics (such as the source, form, affect object, result, damage etc.) of offshore oil-spill, take a further step to summarize according to its laws and then set up a series of efficient solution systems (including nonproliferation system, oil recycle system, oil dispose system, etc.) and finally duly handle the problem of the oil-spill. For this reason, the summary of essential characteristics and solution systems of offshore oil-spill is not only a guidance to solve the problem of oil-spill but also provide an approach to future complementary research.

Key words: offshore oil-spill, characteristics, solution system

1 海洋溢油概述

海洋是是地球上地势最低的区域，是各种陆源污染物的最终聚集地。石油及其制品（汽油、煤油、柴油等）在开采、炼制、储运和使用过程中易进入海洋环境从而造成严重污染。

44据统计, 全世界每年因油轮事故溢入海洋的石油约为39×10t , 非油轮事故溢油约17×10t ;

1973-2006年我国沿海共发生大小船舶溢油事故2 635起, 总溢油量37 077t 。海洋石油污染不

[1]仅破坏海洋及全球生态平衡, 而且威胁人类健康安全。

收稿日期： ；改回日期： ；

作者简介：徐笑丰（1991-），男，中国地质大学（武汉）资源学院09级资源勘查工程专业在读本科生 E-mail ：[email protected]

1.1 溢油形式、来源

海洋溢油发生的形式多样（图1-1），归结而言主要分为两大类，即石油开发运输所产生的溢油（包经河流或排污口向海洋注入的各种含油废水、海底开采逸漏、逸入大气中的石油烃沉降等）与海洋溢油事故（包括水上平台倾覆、海底输油管道破裂、油轮碰撞沉没等）。 据统计，通过各种途径每年进入海洋的石油和石油产品约占世界石油总产量的5‰。目前全世界每年流人海洋的石油及其产品量超过1 000万吨，其中由河流带人海洋的约为500万吨；由船舶与事故排放人海的约为150万吨；由开采石油发生的井漏、井喷等事故排放人海的超

[3]过100万吨。表1-1给出了这些不同来源的石油所占的比例，由表中数据可知溢油来源主

[4] 要为油轮运输泄漏、邮轮事故，而海上平台油气开采排入海洋中的石油总量不足2%。

表1-1 海洋石油污染的来源（据美国国家研究委员会，1985）

[2]

目前我国石油对外依存度超过50%，同时对外贸易90%通过海运完成，石油、天然气等能源商品海运量逐年大幅度增长。2006年我国原油进口1.4518亿吨，成品油进口为3 638万

[2]吨，石油进口总量据世界第三。随着石油水上运输量的增加, 海上不断发生船舶溢油事故。

据统计,1976 —1999 年, 中国沿海共发生大小船舶溢油事故2 353 起, 平均每3.5d 发生一起。其中, 溢油量在的50t 以上的重大溢油事故53起, 总溢油量29 754t 。目前中国海上石油运量增长迅速, 船舶运输密度增加, 大量个体油轮涌入油运市场, 加之中国在船舶技术、船员素质、通信导航水平等方面和发达国家有差距, 因此中国海域可能是未来船舶溢油事故的多发

[5]区和重灾区。

另外，近年来大规模海上平台倾覆事件也趋于多发态势，如2010年墨西哥湾“深水地平线”水上平台与2011年渤海湾蓬莱19-3水上平台的倾覆，其所造成的溢油事故均带了巨大的经济损失，更严重危害了海洋生态环境。

1.2 溢油入海归宿

石油进入水体环境后以漂浮在水面的油膜、溶解状态、乳化状态和凝聚态残余物4 种

[6]形式存在, 在海洋环境中经复杂的物理、化学和生物作用最后消解（见图1-2）。其过程可

概括为动力学过程（扩散、漂移）与非动力学过程（蒸发、溶解、分散、乳化、沉降、氧化、

[7]生物降解作用等）。

原油入海后在海面扩散，多形成似透镜状薄膜，少量高粘度的原油因不易扩散而以块状漂于海面。油膜受海面的紊流作用及风流作用扩散飘移，并时间和泄漏量的变化，出现形状 [3]

和厚度不同的油膜，油带、碎片、油块或小油球。原油中部分的低分子烃会向海水中扩散甚至溶解或向大气挥发，而重烃组分却基本保持不变。这也足以说明原油的扩散不是溢油清理的主要自然途径。而应是生物降解。目前已发现200多种微生物能够降解原油，但降解速率

[8]普遍缓慢，需要几个月甚至数年后才能彻底完成。

图1-2 溢油在海洋环境中的物理化学和生物变化（据殷佩海，2000）

1.3 影响对象

由于海洋溢油的发生具有突然性偶然性和瞬时性特点，溢油事故的发生没有固定方式和

[2]地点，加之在风、浪、潮流等的作用下，溢油极易移动。因此海洋溢油所影响的区域类型

几乎包括了所有的海洋类型，如远洋、河口、海湾、海洋保护区、沙滩浴场、滨海旅游度假区及水产养殖区等。

1.4 危害[2]

海洋溢油的危害表现在突然将大量有毒有害物质引入海洋生态系统，给海洋生态系统及其中生物带来的最严重的威胁。海面漂浮着大量油膜，能够降低表层海水中的日光辐射量，从而导致靠光合作用存活的浮游植物数量的减少。继而会引起食物链中其他高级消费者数量的相应减少，从而导致整个海洋生物群落的衰退。由于浮游植物是海洋中甚至是整个地球上氧气的主要供应者，故海水中溶解氧的含量也将随之降低，厌氧的种群增殖，好氧的生物则衰减，最终结果是会导致海洋生态平衡的失调。另外，自然环境中, 海洋生物的许多习性如觅食、躲避天敌、区系选择、交尾繁殖以及鱼类洄游等都会受到海水中某些浓度极低的化学物质的控制。当海洋环境遭受石油及其他一些物质污染时，这类化学物质的浓度会发生变化，生物的上述习性就有可能受到影响，部分敏感的种群数量减少，而其余种群则相应增加，结果是改变了生物群落原有的结构。

由于海洋溢油危害的对象具有普遍性, 不仅海水质量、海洋各系统及沉积物环境受到溢油影响与损害，而且海洋生物也将受到溢油损害，进而危害人类；另一方面海洋溢油具有潜 在性、延续性、缓慢性。大多数损害往往隐蔽于一个较为缓慢的量变过程，通常经过一定的时间，在多种因素复合累积后才逐渐显现。

2 海洋溢油处理体系

海上发生溢油时，作为实用防除技术一般采用的方法是，首先切断溢油源并采用化学法（集油剂）、气幕法和围油栏将溢油挡住，防止其更大范围扩散；然后再利用油回收船、吸

[9]油材料、吸油装置和油处理剂(包括化学处理剂和生物处理剂) 等方法来处理。据此可将海

洋溢油处理体系分为：防溢油扩散体系、溢油回收体系、溢油处理体系。

2.1 防溢油扩散体系

当溢油发生后，首要任务是将溢油围限，防止其继续扩散，以后的回收处理打下基础。目前，发溢油扩散的成型技术主要有3种，即围油栏拦挡、化学集油剂集油及气幕法防扩散。

2.1.1围油栏拦挡

在我国，化学化学集油剂和气幕法的方法设备尚存较大空白，故主要选择围油栏拦挡

[9]法防止溢油扩散。栏油栅是由一个个在海平面以下12-24ft （约合30-60cm ），同时延伸到

海平面以上4-12ft （约合10-30cm ）垂直的薄钢片组成。根据不同的浪高和风速，栏油栅有

[4]不同的尺寸。当溢油源被切断或溢油量减少时，根据预测方向布设围油栏围控。一般将围

油栏向沿溢油漂移方向用船只牵引，并被拖拉特定形状（如J 形、U 形或V 形等），可有效地聚集海面分散的油膜，且利于溢油的回收、引流、遏制、集中和防护，以便实施机械回收

[10]作业。围油栏围挡适用于溢油初期，溢油面积较小，波浪、风力、流速较低，且周围有足够可航行水域的条件下，对于气候条件不佳或是大范围溢油的效果不好。

围油栏常与撇油器配合使用，相关内容详见后文。

2.1.2 化学集油剂

化学集油剂亦可称“化学围油栏”，是一种以防止油扩散的界面活性剂和化学溶剂组成的混合液体。其主要作用原理为显著减小水的表面能，从而改变油-水-空气三相界面的张力平衡，驱使入海溢油进入厚层。常用的化学集油剂以油醇、聚乙烯二醇、聚氧乙烯十二醚等为活性剂，以低分子醇酮或氯化烃为溶剂的混合液体作为主要成分。

集油剂适用于溢油层较薄回收机械很难收效时，且宜在海岸、港区、海滨附近或炼油厂排水口使用。由于集油剂的布撒作业较围油栏容易而且迅速，因此可以作为应急措施首先使用，以阻止溢油进一步扩散，之后再配置围油栏。自美国于1971年发明研制以来，经试验和使用的经验证明，集油剂对防止非持续性油（煤油、柴油、轻油等）和重油的扩散是有效且无害的，目前多国已相继认可使用。值得注意的是集油剂的集油功能虽不受风浪影响，但

[9]其效率与海流（潮流）方向。且当风速较大（约大于2 m/s）或油层较厚时不宜使用。

2.1.3 气幕法防扩散

气幕法是一种是由空气压缩机、多孔管构成，以气动力防止溢油扩散的装置。其中多孔管铺设在水下，由空压机供给压缩空气，当空气从管孔中逸出时在水中形成气泡上浮，同时伴随产生的上升水流在海表面形成表面流，从而到达防止溢油扩散的目的。气幕法栏油多用于港区、运河地区，在潮流在0.6kn 以上适用。其优点是使用方便、迅速、受风浪的影响小，造价低。同时海底式的气幕船舶可以自由航行，快速赶赴现场，有利于快速处理溢油。目前

该法在瑞典、德国、美国等国家都有应用。其主要问题是多孔管易被沉积物以及海洋附着生

[9]物堵塞。目前此问题已得到重视，相信日后可以得到改进。

2.2 溢油回收体系

海上溢油回收，就其采取的技术方法，有人工回收、吸油材料回收和机械回收（油吸引装置、油拖把装置、网装装置、油回收船）三类。

2.2.1 人工回收

人工回收是相对使用专门回收机械而言，依靠人力使用汕板、小船、渔船或拖轮等（也可用网具、撒油器、吸油材料、油处理剂等）将溢油回收的处理方式。该法简单易行，可立即实施。同时当溢油扩散到岸边时，采用人海战术回收也是最常用的防除方法之一。但是该法仅适用于溢油量少、气象条件好的情况下[9]。

2.2.2 吸油材料吸油

利用吸油材料回收海面溢油，是目前世界各国经常采用的一种简单并有效的技术方法。而且由于该方法不产生二次公害，故它应该是今后被广泛利用的防除油污材料之一。其使用方法通常是直接向溢油上撒布，当吸油量达到饱和状态时，及时回收。如溢油使用二道围栏油时，亦可利用吸油材料回收第一道围油栏漏出的油。能够被用作吸油材料的物质很多，其中主要有：高分子材料（聚丙烯、聚氨酯、聚乙烯和聚酯等）、天然纤维（稻草、麦秆、草碳纤维、纸渣、纸、木屑、芦苇、鸡毛等）、无机材料（碳粉、珍珠岩、浮石、硅藻土、玄武石等）三类，其中聚丙烯、聚氨酯制成的吸油材料，因吸油性能好，效率高（吸油量至少在自重的10倍以上），不易变质，弹性、韧性好，能够反复使用得到广泛使用。

但是吸油材料的造价及处理问题（不论一次性使用的吸油材料，还是重复性使用的吸油材料，最终处理方法几乎都是燃烧处理，但燃烧处理工艺尚欠完善）是其弱点。另外在吸油材料的研制、使用中还存在诸如如何提高反复使用的次数，吸油效果，纤维粗细、孔隙率与吸油率的关系，如何使一种材料能吸收多种类型溢油等不少有待解决的问题[9]。

2.2.3机械回收

用于回收海面溢油的机械通常有：油回收船、油吸引装置、网袋回收袋装置和油拖把装置等。其中使用最多的是油吸引装置（又称撇油装置、撇油器等）。撇油器可分为堰式撇油

[10]器、绳式撇油器、盘式撇油器、刷式撇油器、带式撇油器、真空收油机等六大类，通常用

类似于前文所述吸油材料（如酸酯或聚丙烯等）制成，基本原理是利用流体力学结构把周围海面溢油吸引到本体内，并使油膜变厚，利用自身的泵或船乃至岸上的泵等设施，将吸引入

[9]的油输送到船或岸上的接受设备里。当波浪、风力、流速较低并且在油刚刚泄漏不久的情

[4]况下，首先利用围油栏防止溢油继续扩散，再使用撇油器是最为有效的集油措施。不过受

不同粘度的油品影响，撇油器回收效率会不同，且回收得到的都是是油水混合物，后续仍需进行油水分离处理。另外，未用围油栏围限而单独使用撇油器，或是浪高过高的情况下通常很低。

由于每种油回收装置都有一定的局限性，故近年来在溢油回收实际应用中往往针对溢出

[9]油油种和发生溢油海区的现场海况，采用两种或多种回收装置共同作业。

2.3 溢油处理体系

溢油处理体系主要分为三类处理技术：物理方法、化学方法和生物方法。

2.3.1 物理方法

所谓物理方法指沉降处理技术，即将密度较大的亲油性物质与溢油混合与使其沉降至海底。其常用的材料主要有碳酸钙、石膏、沙子等，如将沙子作亲油处理后撒于溢油上，使这些沙子将油沉至海底。该法的优点是处理大量溢油时迅速方便且较经济可行，但是要注意只能限于特定海域、特定条件下使用。如在渔场区使用，时间会长对渔网具有污染作用，同时沉降后的溢油亦会对海底鱼、贝类的产生污染，如受潮流影响迁移至经济品种增养殖区其危

[9]害将更大，因此应注意妥善选择。

2.3.2 化学方法

化学方法包括凝集沉降处理、凝固浮上处理、乳化分散处理及燃烧处理。

凝集沉降处理法剂与凝固浮上处理法均是利用化学试剂使溢油聚集。前者使其沉降至海底，但由于后者但易造成二次污染，对海洋生物与环境有严重危害，故一般不予使用。后者通过使用油凝固剂，使溢油固化后形成松软的块状上浮至海面，以便于回收。其优点为凝固剂毒性低且不受风浪影响，能有效地防止溢油扩散，提高回收装置的使用效率。尤其适合填补油轮刚发生事故时出现的破洞，从而减少溢油量。但目前的油凝固剂对低粘度油的效果较

[9]好，而我国生产的原油大多为高黏度原油，因此需改进开发新型油凝固剂。

[9]乳化分散处理法即将乳化分散剂喷（包括化学分散剂、油分散剂和消油剂）洒于海面

溢油上之后，经波浪（海面溢油）或其他动力（回收后溢油）搅拌作用，使浮油分散并快速形成水包油型微粒子，降低油分浓度，增大油粒子的表面积，加速油品其在海水中消解（物

[10]理扩散、化学分解、光氧化和微生物降解）过程，从而达到清洁海面的目的。

该法的优点是能防止水生生物与油粒子表面直接接触，从而减少甚至避免石油对水生生物的毒害。同时又使石油失去黏附力，不再黏附船舶、礁石和海上建筑物，且防止石油形成油包水型乳状液（巧克力奶油冻），减少石油沉积。但是消油剂等会给某些生物的生长发育带来影响，因此多数国家对消油剂有一定限制（如美国政府规定封闭海湾和有潮港口鱼虾区或浅水区非生长季节需限制使用；该法在对高黏稠油及在低温（10℃以下）下使用时乳化率低或无效，消油剂用量大，费用昂贵，且需采用特殊装置（如船舶、飞机）进行喷洒等，且

[10]受油的性状（黏度、倾点、组成）和环境条件（水温、水分含盐量、水动力作用）等影响。

燃烧处理即将溢出的油在水面燃烧。虽然人们担心其不安全以及薄油层燃烧困难（需引火材料如金属钠、镁等，与灯芯材料如麦秆、稻草、珍珠岩等帮助燃烧），故该处理方法很少使用，仍不乏成功案例。其优点是在能够短时间燃烧大量溢油，且具有较强的移动性，无需储存和运输，不需太多资源，最重要的是比其他处理方法处理的彻底。但其不足是显然的---燃烧原油将会不可避免地产生有害气体（尤其是还没有经过处理的原油），巨大的油烟会影响到人员、设施、船舶和飞机的安全，在油量多、油层厚、扩散迅速的情况下，需采用耐火性围油栏或集油剂。此外容易造成二次污染（大气、水体、残留物），存在环境、公共

[9][10]卫生问题，且烟和残留未燃烧尽的油处置较难，配套设备配置较难。

2.3.3 生物方法

生物法处理技术主要是利用降解石油烃微生物降解）处理海上溢油，是一种能够彻底将石油烃从海洋环境中清除的理想技术方法。其主要有三种处理方式：添加营养、接种微生物

[12]以及添加分散剂。生物方法除油虽以其高效、安全而广受推崇，但一直只处于研究阶段，

尚未取得很成功的应用。不过近期也有一些研究表明，生物处理技术已经在某些区域得到试验性应用（如美国联邦环保官员称，近期有关方面利用“食油”微生物清理油污海滩试验取

[9]得了可喜的初步进展），并有可能开发成一种很有应用前景的技术 。目前研究表明，生物

处理尚具有在实际应用中无法估计生物降解速率和测定石油残留浓度，耗时长，适应原油种

[12]类与投放区域有一定限制等不足之处。

3 结论

总体上看，海洋溢油具有形式多样，来源广泛，入海后变化复杂，影响对象众多，危害严重等特征，不仅对海洋生态构成严重威胁，更对人类社会经济带来巨大影响。当发生海洋溢油事故时，需遵从先控制，再回收消除的原则进行防除作业。在根据防溢油扩散体系、溢油回收体系、溢油处理体系操作时，需根据溢油事故的因素（溢油量、面积大小，油品类型，气候环境等）合理选择处理方法，只有这样才能高效完成对溢油事故的处理，并把危害与损失降到最低。

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