دیسپرسنت های نفتی

در سال هاي اخیر مطالعات زیادي بر روي حذف آلودگی ها ي نفتی از روي آب دریا انجام شده است. روش ها ي پاك سازي لکه نفتی از سطح آب دریا معمولا به سه دسته عمده تقسیم می شوند. دسته اول روش هاي فیزیکی است که شامل جاذب ها، بوم ها، اسکیمرها می شود. دسته دوم روش هاي شیمیایی که شامل مواد پراکنده ساز، سوزاندن در محل و استفاده از مواد جامد کننده است و دسته سوم شامل روش هاي بیولوژیکی و تجزیه زیستی است. همان طور که گفته شد یکی از روش هاي مقابله با آلودگی نفتی در دریا و جلوگیري از آلوده شدن محیط زیست دریایی، استفاده از مواد شیمیایی پخش کننده یا پراکنده ساز (دیسپرسنت) نفت به منظور جلوگیري از پراکندگی آلودگی هاي نفتی است.

این مواد، تشکیل قطرات کوچک نفت پراکنده شده در لایه بالایی ستون آب را تسریع می کنند و در نتیجه عملیات اکسیداسیون و تبخیر هیدروکربن هاي فرار و تجزیه میکروبیولوژیکی تسریع گردیده و خسارت ها و زیان هاي ناشی از نشت نفت کاهش می باید. از این مواد براي پراکندگی و از بین بردن لکه هاي نفتی به خصوص هنگامی که به کارگیري تجهیزات مقابله با آلودگی امکان پذیر نباشد استفاده می شود. هنگامی که پخش کننده ها بر لکه نفتی اسپري می شوند جاذب ها ي سطحی در پخش کننده ها به نفت نفوذ می کند. این جاذب ها موجب شکست لکه نفتی شده و حالت امولسیونی از نفت و آب را به وجود آورده و به سمت محل تلاقی آب و نفت جهت گیري می نمایند. این امر موجب اعمال نیرویی می گردد که از مخلوط شدن راحت نفت و آب جلوگیري کرده و نیروي چسبندگی بین این دو را به طور قابل توجهی کاهش می دهد . این عمل از طریق سورفاکتانت هاي موجود در پراکنده سازها صورت می گیرد که در واقع این ماده مانند یک رابط عمل کرده و به دلیل خاصیت دو قطبی بودن این مواد، کشش سطحی آب به میزان قابل توجهی کاهش می باید. سر قطبی آن به آب و سر غیرقطبی آن به چربی نفت متصل شده و به همین دلیل قطرات نفتی کوچک به راحتی تشکیل می شوند.

ویژگی هاي اصلی دیسپرسنت ها

دیسپرسنت ها مایعاتی هستند که بر روي لکه نفتی در دریا به منظور پراکنده کردن نفت در ستون آبی پاشیده می شوند. بازده این روش به شرایط ویژه لکه نفت بستگی دارد.

ترکیب شیمیایی دیسپرسنت ها

اساس ترکیبات شیمیایی دیسپرسنت ها، به گونه اي است که باعث افزایش پراکندگی به صورت طبیعی به همراه کاهش کشش سطحی بین مولکول هاي آب و نفت می گردند. حلال داخل دیسپرسنت، باعث کاهش گران روي سورفکتانت می گردد که خود، موجب سهولت در اسپري شدن مواد دیسپرسنت و همچنین، باعث نفود مواد سورفکتانت به داخل لکه هاي نفتی خواهد شد. مواد شیمیایی دیسپرسنت، داراي دو ترکیب اصلی سورفکتانت ها و حلال ها هستند.

سورفکتانت ها (عامل فعال در سطح) ترکیبات شیمیایی با مولکول هایی متشکل از دو بخش غیرمشابه “آب دوست” (هیدروفیلیک) و “نفت دوست” (اولئوفیلیک) می باشند. سورفاکتانت ها مانند یک “پل شیمیایی” بین مواد نفتی و آب عمل کرده و باعث می شوند این دو فاز به راحتی با یکدیگر مخلوط شوند.

هزاران سورفکتانت تکی وجود دارد که برخی از آن ها طبیعی می باشند (مانند سورفکتانت هاي طبیعی در شیر) و برخی ساخته دست بشر یا ترکیبی می باشند. برخی از سورفکتانت هاي ساده از جمله صابون به پاك کردن آلودگی، چربی و مواد چرب از پوست و سایر سطوح کمک می کند و باعث می شوند این مواد به راحتی از طریق شستشو به آب منتقل شوند. سورفکتانت هاي موجود در پراکنده کننده هاي لکه نفت بسیار پیچیده تر از یک صابون ساده می باشند.

حلال ها براي حل کردن سورفکتانت ها (برخی سورفکتانت ها جامد می باشند ) و کاهش چسبندگی (بسیاري از سورفکتانت ها مایعاتی با چسبندگی بالا می باشند) به کار می روند و باعث پاشیده شدن دیسپرسنت بر روي لکه نفتی می شوند. تمام دیسپرسنت ها، داراي حلال هاي مناسب هستند که خاصیت نفوذ آن ها به داخل لای ه ها ي مواد نفتی را موجب می شوند و مانند یک نیروي کمکی براي سورفکتانت عمل می کنند.

انواع سورفکتانت ها و حلال هاي مورد استفاده در دیسپرسنت ها

سورفکتانت ها و حلال هاي موجود در دیسپرسنت ها صرفا براي استفاده در پراکنده سازي لکه هاي نفتی تولید نمی شوند. کمپانی هاي شیمیایی مختلف رنج وسیعی از سورفکتانت ها را براي فروش به کمپانی هاي سازنده دیسپرسنت، تولید می کنند. امکان استفاده از تمامی سورفکتانت هاي مورد استفاده در دیسپرسنت ها در سایر محصولات نیز وجود دارد. انتخاب دو یا سه سورفکتانت مناسب از هزاران سورفکتانت موجود و سپس ترکیب آن ها با نسبت ها ي مناسب براي رسیدن به تاثیر مطلوب، از مهارت هاي سازندگان دیسپرسنت ها می باشد . انتخاب حلال مناسب نیز اهمیت دارد. دیسپرسنت ها معمولا براي استفاده در شرایط خاصی تولید می شوند، این شرایط را می توان با ترکیب سورف کتانت ها ي متفاوت و حلال هاي موجود برآورده ساخت، بنابراین تمام دیسپرسنت ها داراي یک نوع سورفکتانت یا حلال یکسان نیستند. فرمول بندي تجاري موجود براي دیسپرسنت ها جزء اطلاعات اختصاصی سازندگان می باشند. این اطلاعات توسط سازنده ها در اختیار مراجع ملی که دیسپرسنت ها را براي فروش و استفاده تایید می کنند، قرار می گیرند ، اما به صورت اسناد عمومی منتشر نمی شوند.

مکانیزم پراکنده شدن مواد دیسپرسنت یا پراکنده ساز

آلودگی هاي نفتی در ستون آب، به صورت طبیعی پراکنده می شوند و میزان پراکندگی مواد نفتی در ستون آب، به نوع نفت و انرژي امواج بستگی دارد. نفت هایی که گرانروي پایین تري دارند، تمایل به پراکندگی به صورت طبیعی دارند . به طور کلی نفت هاي خام نسبت به نفت هاي کوره در حوزه وسیع تري پراکنده خواهند شد.

پراکندگی طبیعی وقتی رخ می دهد که اختلاط انرژي ناشی از امواج و باد، براي غلبه بر کشش سطحی بین نفت وآب کافی بوده و باعث شکست لکه نفت به قطراتی با اندازه هاي گوناگون بشود. قطرات نفتی بزرگتر سریعا دوباره به سطح آمده و منعقد خواهند شد تا لکه نفتی را ترمیم نمایند. قطرات کوچک تر، به علت حرکت و تلاطم موج، در ستون آب به صورت معلق باقی مانده و توسط جریان هاي زیر سطحی رقیق تر می گردند.

دیسپرسنت ها براي افزایش میزان پراکندگی طبیعی به وسیله کاهش کشش سطحی میان نفت و آب طراحی شده اند. و باعث ایجاد قطرات نفت بسیار کوچک توسط امواج می شوند. دیسپرسنت ها مخلوطی از دو ترکیب سورفکتانت ها و حلال ها می باشند. حلال ها وظیفه مهمی را بر عهده دارند و به عنوان یک رقیق کننده و یا کاهش دهنده گرانروي سورفکتانت به کار می روند.

هر مولکول سورفکتانت، یک بخش اولئوفیلیک (جذب شده به نفت) و یک بخش هیدروفیلیک (جذب شده به آب) دارد. حلال ها به هنگام پاشش بر روي نفت، سورفکتانت را بین نفت/ آب انتقال داده و موجب کاهش کشش سطحی بین نفت و آب شده و به همراه موج انرژي باعث دور شدن قطرات از لکه نفت می شود. قطراتی که کوچک هستند در ستون آب معلق مانده و یک ستون شاخص به رنگ قهوه اي تولید می نماید که در زیر سطح پخش می شود.

براي دستیابی به میزان پراکندگی موثر، اندازه قطره نفت باید در حدود ۱ الی ۷۰ میکرومتر باشد، که پایدارترین حالت کم تر از ۴۵ میکرومتر می باشد. تلاطم دریا سرعت را متعادل می سازد، به طوري که قطرات نفت در این محدوده به حالت تعلیق باقی مانده و مخلوط نفت و دیسپرسنت سریعا در چند متر بالایی ستون آب رقیق می شوند. حضور مولکول هاي سورفکتانت در قطرات سطحی و احتمال کاهش قطرات نفت در هنگام تماس، امکان انعقاد مجدد لکه هاي سطحی را به حداقل می رساند.

طبقه بندي دیسپرسنت

تقسیم بندي بر اساس نسل دیسپرسنت ها

نسل اول

نسل اول محصولات، که در دهه ۱۹۳۰ استفاده می شدند، شبیه پاك کننده هاي صنعتی و ضد چربی ها با سمیت آبی بالا بودند، که امروزه دیگر در موارد نشت نفت مورد استفاده قرار نمی گیرند.

نسل دوم یا دیسپرسنت هاي با پایه هیدروکربن یا معمولی /نوع I

نسل دوم دیسپرسنت ها، که دیسپرسنت های نوع I نامیده می شوند. دارای حلال هیدروکربن با آروماتیک بسیار کم و یا بدون آروماتیک و به طور معمول ۱۵ تا ۲۰ درصد سورفاکتانت هستند. معمولا بدون رقیق سازي به کار برده می شوند، زیرا رقیق سازي با آب، آن ها را غیرموثر می سازد. نیاز به دز بالایی از دیسپرسنت به نفت (بین ۱:۱ تا ۱:۳) دارند.  به کار گیري این نوع پراکنده سازها نیاز به اسپري به وسیله تجهیزات مناسب دارد. این پراکنده سازها نسبت به دیسپرسنت هاي نسل اول سمیت پایین تري دارند و علی رغم سمیت پایین، داراي اثر بخشی کم یا محدود می باشد.

نسل سوم یا دیسپرسنت هاي کنسانتره یا قابل رقیق سازي با آب / نوع II و III

دیسپرسنت هاي نسل سوم مخلوطی از دو یا سه سورفکتانت و حلال هاي ناشی از تقطیر نفت سبک هستند.  رایج ترین سورفکتانت هاي استفاده شده غیریونی و آنیونی. غلظت سورفکتانت بین ۲۵ الی ۶۵ درصد بوده و تمایل دارد که بیش تر از سورفکتانت هاي موجود در محصولات نوع I باشد. دیسپرسنت هاي نسل سوم می توانند به دو نوع II و III که هر دو کنستانتره هستند، تقسیم بندی می شوند. نوع II داراي سورفاکتانت بیش تري بوده و اثر بخشی بهتري نسبت به نوع I دارد، اما دارای گرانروی بالایی بوده و قابلیت اسپری شدن را ندارد که این مشکل را می توان با رقیق کردن حل نمود.

پراکنده سازهاي نفتی بر اساس تقسیم بندي UK

در کنار دسته بندي بیان شده، مقامات بریتانیایی  دیسپرسنت ها را بر اساس نسل و بر اساس روش کاربردي که براي آن محصول در بریتانیا تصویب شده است طبقه بندي کرده اند

  • دیسپرسنت “معمولی” یا ((بر پایه هیدروکربن)) و یا ((UK نوع اول)) که در پاکسازی لکه های کم در خطوط ساحلی کاربرد دارند.
  • دیسپرسنت های “کنسانتره های قابل رقیق سازی با آّب” یا ((UK نوع دوم)) که می توانند توسط قایق یا کشتی ها اسپری شوند.
  • دیسپرسنت “کنسانتره” یا ((UK نوع ۳/۲)) که می توانند توسط هواپیما یا کشتی ها اسپری شوند.
نسل نوع UK تجهیزات میزان تاثیرگذاری توضیحات وضعیت
 

 

نسل اول

قایق /کشتی

در ساحل

به میزان زیاد

%۵۰-۳۰ دیسپرسنت

استفاده شده

یا

۱ بخش دیسپرسنت براي ۲

تا ۳ بخش نفت

پاك کننده هاي صنعتی با

سمیت بسیار بالا در

دیسپرسنت ها استفاده شده

است

استفاده نمی گردد

نسل دوم

یا

برپایه هیدروکربن

یا

معمولی

نوع ۱

یا

معمولی

یا

برپایه هیدروکربن

قایق /کشتی

در ساحل

به میزان زیاد

%۵۰-۳۰ دیسپرسنت

استفاده شده یا

۱ بخش دیسپرسنت برای ۲ تا ۳ بخش نفت

سمیت پایین

اثر گذاري زیاد

موجود

 

 

 

 

نسل سوم

یا

کنسانتره

نوع ۲

کنسانتره هاي قابل

رقیق سازي با آب

قایق /کشتی ۱بخش دیسپرسنت براي

۲۰ تا ۳۰ بخش نفت

سمیت پایین

اثر گذاري زیاد

موجود

نوع ۳

کنسانتره

قایق /کشتی

هواپیما

به میزان کم

%۵-۳ دیسپرسنت استفاده

شده

یا

۱ بخش دیسپرسنت براي

۲۰ تا ۳۰ بخش نفت

سمیت پایین

اثر گذاري زیاد

موجود