Guidelines for the use of dispersants for combating oil pollution at sea in the Mediterranean region

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Guidelines for the use of dispersants for combating oil pollution at sea in the Mediterranean region 

Part II: Basic information on dispersants and their application 

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concentrations  (total  amount  of  dispersant  or  oil  divided  by  the  total  volume  of  water  in  the 

experimental chamber) rather than measured concentrations of materials to which organisms 

are actually exposed. Last but not the least, testing conditions may lead to overestimate the oil 

toxicity.  Indeed  oil  toxicity  tests  are  often  performed  on  fresh  oil  while,  at  sea,  the  oil  would 

have  been  partly  weathered,  for  few  hours,  losing  its  more  toxic  compounds  (see  paragraph 

below “Toxicity of oil”).




Figure 10: Toxicity tests with shrimps conducted on dispersed oil in UK 


Intrinsic toxicity of dispersant 


Lethal concentrations of dispersants have been the main concern and most toxicity tests aim at 

determining  these.  However,  certain  sub-lethal  effects  including  changes  in  reproduction, 

behaviour, growth, metabolism and respiration may also occur when organisms are exposed to 

levels well below lethal thresholds. 


It is to be emphasized that these responses have been noted in laboratory experiments where 

the duration of exposure is 1 to 4 days, much longer than those expected in most dispersant 

use  situations  in  open  water.  Besides  exposure  concentrations  of  reported  sub-lethal  effects 

normally are 1 or 2 orders of magnitude above highest anticipated concentrations in field use. 


Few  reports  of  measurements  of  concentrations  following  the  use  of  dispersants  in  the  field 

exist, however, these suggest that even initial concentrations in the water column are typically 

below estimated lethal and sub lethal concentrations derived from experiments. 


In  conclusion,  results  of  studies  investigating  the  effects  of  dispersants  suggest  that  major 

effects  should  not  occur  in  the  near-surface  waters  due  to  a  dispersant  alone,  provided 

properly screened dispersants are used at recommended application rates. 


Toxicity of oil 


Oils of different types contain a small proportion of chemical compounds that are toxic to many 

marine  organisms.  Some  of  the  more  acutely  toxic  lower  molecular  weight  compounds 

(benzene, toluene, ethyl benzene and xylenes, often referred to as BTEX compounds) are also 

volatile  and  water-soluble  to  some  degree.  Freshly  spilled  crude  oils  are  much  more  acutely 

toxic than modern oil spill dispersants.  


Higher  molecular  weight  compounds  that  are  present  in  low  concentrations  in  many  oils  that 

often cause concern over toxicity are the PAHs (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons). PAHs are 

known to be carcinogenic and can cause other effects by chronic exposure. 

Guidelines for the use of dispersants for combating oil pollution at sea in the Mediterranean region 

Part II: Basic information on dispersants and their application 

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Toxicity of oil affected by the use of dispersants 


Dispersing spilled oil converts the oil from a surface slick to a plume or „cloud‟ of very small oil 

droplets dispersed  in the water column. These oil droplets might be ingested by filter feeding 

organisms, such as copepods, oysters, scallops and clams. 


The  widening  of  the  oil  surface  area  increases  the  rate  at  which  partially  water-soluble 

chemical  compounds  in  the  oil  are  transferred  into  the  sea.  The  localised  concentration  of 

these potentially toxic Water Accommodated Fraction (WAF) compounds will rise before they 

are diluted. This is the justification for the argument that dispersants can never  be a  valid  oil 

spill  response  because  its  use,  if  they  are  effective,  will  inevitably  cause  an  increase  in  the 

dispersed  oil  concentration  in  the  water  column,  leading  to  toxic  effects  on  marine  life. 

However, it is important to distinguish between: 



the increased potential for toxic effects to occur; and, 


the possibility of toxic effects actually occurring. 


Dispersed oil concentrations will certainly be higher if dispersants are used, than if they are not. 

This  does  not  mean  that  the  dispersed  oil  concentrations  will  be  high  enough,  or  persist  for 

long  enough,  to  cause  actual  toxic  effects.  Most  spilled  oils  will  naturally  disperse  to  some 

degree in the initial stages of an oil spill, before the oil becomes emulsified. The successful use 

of dispersants  will obviously  increase the concentration of dispersed oil in the sea.  However, 

this  is  a  matter  of  degree  rather  than  an  absolute  difference;  some  spilled  oil  is  likely  to 

naturally dissolve and/or disperse even if dispersants are not used. 


By  dispersing  the  oil  in  the  water  column  the  exposure  of  the  organisms  living  in  the  upper 

layer  of  the  water  column  increases.  If  the  dilution  of  the  plume  of  dispersed  oil  in  the  water 

column  is  rapid  the  exposure  will  be  low:  experience  from  both  experimental  field  trials  and 

dispersant offshore operations at real spills have shown that dispersed oil will quickly be diluted 

into the sea. The concentration of oil in water rapidly drops from a maximum of 30-50 ppm just 

below the spill short time after treatment, to concentrations under 1-10 ppm of oil in the top 10-

20 meters after a few hours. 


Because oil will disseminate in the environment by natural dispersion which is a process that 

proceeds  quite  rapidly  in  rough  seas  with  low  viscosity  oils,  exposure  of  some  marine 

organisms  to  dispersed  oil  at  some  concentration  will  occur  even  when  dispersants  are  not 


Table 6: Data from the Sea Empress incident 


During the “Sea Empress” incident, (Wales 1996), which led to the largest dispersant treatment 

operation (440 tons of dispersant where applied on fresh crude at sea), oil concentrations were 

monitored in the upper water column as follows: 


Time after dispersant application 

Oil concentration in the upper water column (ppm) 

Just after treatment 


2 days  

1 week  


1 month  


3 months  

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