分散剂的科学

大量使用表面活性剂化学品将墨西哥湾变成一个巨大的实验场。

作者:丹尼尔·克雷西

自从深水地平线石油钻井平台在四月爆炸沉没以来,大量的分散剂化学品被喷洒到由此产生的油污上。这些化学品——与用围油栏围堵漂浮石油和用“控制燃烧”的方式点燃石油一起——是为了减少墨西哥湾一个破裂的油井以每天 5,000 桶(约 800,000 升)的速度喷出石油而造成的环境破坏所做的尝试。

分散剂有什么作用?


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分散剂不会将石油从该区域清除。相反,它们有助于将大块的石油“分散”成更小的碎片——因此得名——这些碎片更容易被海洋微生物分解。

它们的工作原理与厨房洗涤液相同。两者主要由表面活性剂分子组成,这些分子具有亲水性的头部和疏水性的尾部。

这些分子嵌入石油和水之间的界面。这降低了界面处的表面张力——也就是说,破坏石油分子和水分子使其彼此粘附而不是混合的难度。

“降低界面张力降低了将油作为离散液滴混合到水相中所需的能量,”纳尔科能源服务公司研发部门副总裁大卫·霍斯普说,该公司生产目前在墨西哥湾使用的分散剂产品。“将石油分散成小液滴使天然存在的微生物能够消耗这些油滴,并且分散剂迅速生物降解。”

墨西哥湾正在使用哪些分散剂?

到目前为止,至少使用了 325,000 加仑(超过 100 万升)两种类型的分散剂:Corexit 9500 和 Corexit EC9527A。

“一种是为轻质、新鲜的石油或很早就释放出来且尚未风化的石油设计的,”霍斯普解释说。“另一种是为较重的石油和已经风化了几天的石油设计的。”

分散剂对环境有什么影响?

分散剂本身就是令人不快的化学混合物,尽管今天的产品比早期溢油(如托里峡谷灾难)中使用的有毒溶剂危害小。分散剂的主要问题在于它们有助于将石油更广泛地扩散到环境中。

这有助于防止大量石油污染海滩和覆盖动物,但是,尽管生活在水面上的动物可能会从减少石油暴露中受益,但海洋其他部分的动物和海底的动物将遭受更多污染。

“这是一种权衡,没有人会告诉你使用分散剂不会产生影响。你是在用一种物种换另一种物种,”马里兰大学环境科学中心的环境化学家卡里斯·米切尔莫尔说,他也是 2005 年美国国家科学院关于分散剂报告的合著者。

在一项尚未发表的研究中,米切尔莫尔和她的同事将软珊瑚暴露于原油和目前使用的 Corexit 9500 分散剂中。生长速度显着下降。

然而,总的来说,关于分散剂的影响,特别是以目前在海湾应用的量使用时,仍然缺乏了解。

“长期影响确实未知,”米切尔莫尔说。“分散剂具有内在毒性。并且这些油滴往往与滤食性生物的食物颗粒大小相似。”

到目前为止,分散剂主要通过飞机喷洒应用于水面油污。它们能否针对石油泄漏源头?

水下机器人在海湾被用来将分散剂直接应用于从海底泄漏的石油。以前从未在当前泄漏的深度尝试过这种水下使用。

麻省理工学院的环境工程师埃里克·亚当斯是 2005 年报告的另一位作者,他指出,在水面上,风和浪有助于分散剂与石油混合并分解石油。在水下,更难确保混合。

“从某种意义上说,在水面应用分散剂更容易,”亚当斯说,他曾对分散剂的深海应用系统进行过理论研究。但他认为,水下应用可以到达石油源头,这一优势使得这项实验值得尝试。

一些人批评美国环境保护署 (EPA) 在深水地平线站点对深海分散剂使用的试运行,理由是迄今为止的研究主要集中在分散剂对海洋上层的影响上。

但这项尝试似乎正在奏效。“空中观测表明,一旦将化学物质直接注入井口,水面上的油污就会显着减少,”霍斯普说。“你可以非常迅速地将石油分散到水柱中。”

美国环保署承认,水下使用对环境的影响“仍然很大程度上未知”。然而,在最初的试运行之后,本周批准了进一步的水下应用。

未来会怎样?

在短期内,全球化学公司正在争先恐后地跟上事故造成的分散剂的大量需求。霍斯普说,供应商目前正在跟上需求,但如果需求显着增加,库存可能会耗尽。

从长远来看,深水地平线事故应对已经开始了实际上是对分散剂使用进行的一次巨大实验。

2005 年国家科学院的报告提出了许多关于分散剂毒性和分散石油的最终命运的问题,这些问题需要解答。亚当斯和米切尔莫尔都表示,在这些问题上尚未取得太大进展。墨西哥湾发生的事件可能会推动这项研究向前发展。

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