壓艙水的危害及其解決方法研究現(xiàn)狀

許雅娟　馬　穎

摘要:船舶攜帶的壓艙水引起全球性的生物入侵,嚴(yán)重影響海洋生態(tài)。目前國(guó)際組織與世界各國(guó)在解決壓艙水問題方面做了大量的工作,包括制定國(guó)際性的法規(guī)和管理方法,加強(qiáng)國(guó)際協(xié)作,研究處理技術(shù)和工藝等。

關(guān)鍵詞:壓艙水;生物入侵;海洋生態(tài)

中圖分類號(hào):TU991

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1009-2374(2009)19-0028-03

船舶壓艙水是指船舶為穩(wěn)定重心,使船舶處于適航狀態(tài),在船舶底艙注入的適量水體。如圖1所示。為了船舶安全航行,壓艙水是必備之物,但同時(shí)也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重危害。

一、壓艙水對(duì)環(huán)境所造成的危害

據(jù)國(guó)際海事組織(International Marine Organization,IMO)1999年統(tǒng)計(jì),全世界的船只每年攜帶約100億噸壓艙水在世界各地往來(lái)。每天壓艙水中至少有七千至一萬(wàn)多種海洋微生物和動(dòng)植物在全球流動(dòng),隨壓艙水被帶到“不屬于他們的地方”。本地物種被船只載到一個(gè)新的地方釋放到當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境中。由于新環(huán)境中缺少天敵,這些外來(lái)物種會(huì)消耗原住生物的食物及其它生存所需。迅速蔓延,威脅當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)的平衡。

據(jù)介紹,生活在歐洲的斑馬貝被不小心帶到了北美洲五大湖地區(qū),使得當(dāng)?shù)?0%的水域受到了侵害,僅用于治理斑馬貝的投入就達(dá)到了7.5億美元。北美水母給亞洲黑海地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)了災(zāi)難,同樣亞洲的海藻也威脅著澳大利亞的生態(tài)系統(tǒng)。加利福尼亞的圣弗朗西絲科河口是北美西海岸最大港口,從2000年1月到2002年6月,大約排放了3百萬(wàn)噸壓艙水。由于過往船只大量排放壓艙水,其生物系統(tǒng)已經(jīng)被外來(lái)的浮游動(dòng)物和底棲無(wú)脊椎動(dòng)物所改變。研究人員檢測(cè)了18個(gè)壓艙水和48個(gè)存水箱,來(lái)自亞洲的壓艙水含有大量入侵物種,這些物種已經(jīng)成為該河口的主要物種,并且正在大量蔓延。

最近的研究發(fā)現(xiàn),地中海地區(qū)生物入侵的情況十分嚴(yán)重。大約3000～4000物種通過壓艙水被帶到地中海。其中,30%的物種已經(jīng)在地中海安家落戶。印度國(guó)家海洋研究院對(duì)印度最大的港口Mumbai港的水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)估。評(píng)估結(jié)果表明,港口的水中含有大量的Coli.O157和志賀氏菌(引起腹瀉),甚至含有霍亂弧菌和沙門氏菌。因此必須嚴(yán)格禁止在此地排放壓艙水,如果排放壓艙水,必須經(jīng)過處理。

對(duì)于那些滿載貨物的船舶,也并不是沒有生物入侵的危險(xiǎn)。由于管理和工藝方面的原因,壓艙水并不能完全排放,還有一些壓艙水及其沉積物,但這些船舶經(jīng)常被認(rèn)為是沒有壓艙水(NOBOB,No ballast on board)而疏于管理。美國(guó)在五大湖區(qū)域?qū)号撍芾肀容^嚴(yán)格,但在該區(qū)域仍然不斷發(fā)現(xiàn)新的物種,五大湖環(huán)境研究學(xué)院對(duì)五大湖港口船舶壓艙水殘余物中的生物物種進(jìn)行了研究。提取壓艙水沉淀物中處于休眠滯育狀態(tài)的卵進(jìn)行孵化,考察這些物種對(duì)本地生物入侵的可能性和潛在危險(xiǎn)。研究發(fā)現(xiàn),92%左右休眠滯育狀態(tài)的卵具有繁殖能力,存在生物入侵的危險(xiǎn)和可能性。有學(xué)者對(duì)切薩皮克灣(Chesapeake Bay)船只的壓艙水對(duì)環(huán)境的生物入侵危險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明,殘余壓艙水中仍含有大量的生物物種,對(duì)該地區(qū)的生物入侵。

世界自然基金會(huì)英國(guó)代表西蒙·克里普斯認(rèn)為:“外來(lái)生物入侵是遠(yuǎn)洋運(yùn)輸對(duì)環(huán)境造成的最大破壞?！睂⒂泻Φ乃锖筒≡w引入新環(huán)境,包括通過船舶的壓艙水引入,已被確定為全球海洋面臨的四大威脅之一(另外三大威脅分別是:陸地為海洋污染源,對(duì)現(xiàn)有海洋資源的過度利用,沿海和海洋棲息地的自然變更和破壞)。雖然入侵海洋物種對(duì)全球經(jīng)濟(jì)的影響還未得到量化,但可能是每年幾十億美元。

二、針對(duì)壓艙水問題所做的工作

針對(duì)壓艙水引起的嚴(yán)重環(huán)境問題,國(guó)際組織和世界各國(guó)都積極采取行動(dòng)。所作的工作主要包括以下兩方面的內(nèi)容:制定國(guó)際性、地區(qū)性的法律、法規(guī),嚴(yán)格控制壓艙水的處理和排放;積極探索減少壓艙水生物入侵的有效途徑,研究壓艙水的處理方法和處理設(shè)備。另外,還有專家在改良船體方面進(jìn)行了研究,使船舶不用壓艙水和少用壓艙水,以此避免生物入侵的危害。

(一)制定法律、法規(guī),控制壓艙水水質(zhì)和排放量

壓艙水的嚴(yán)重危害引起了國(guó)際相關(guān)組織和全球各國(guó)的廣泛重視。為了減輕壓艙水引起的全球性的生物入侵問題,迫切需要壓艙水標(biāo)準(zhǔn)化的研究和管理方法。

國(guó)際海事組織(IMO)是聯(lián)合國(guó)的專門機(jī)構(gòu),致力于管理海洋事務(wù),維護(hù)海洋安全。IMO在防止船舶污染海洋這一領(lǐng)域具有全球托管權(quán)。IMO對(duì)壓艙水問題已做出反應(yīng):在其海洋環(huán)保委員會(huì)下設(shè)壓艙水工作組;采用《控制和管理船舶壓艙水,減少有害水生生物和病原體遷移指導(dǎo)方針》[A.868(20)號(hào)大會(huì)決議];發(fā)展新的有關(guān)壓艙水管理公約。公約規(guī)定,為了控制壓艙水引起的生物入侵,壓艙水必須在公海進(jìn)行交換。目前仍然是唯一比較有效的防治由于壓艙水引起生物入侵的方法;與全球環(huán)境基金會(huì)(GEF)以及聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署(UNDP)合作,通過全球壓艙水管理課題(Glo Ballast)協(xié)助發(fā)展中國(guó)家貫徹IMO指導(dǎo)方針。在2005年2月召開的國(guó)際海事組織船舶設(shè)計(jì)與設(shè)備分會(huì)上,船舶壓艙水的管理問題及其油污水處理問題引起了廣泛關(guān)注。壓艙水公約統(tǒng)一實(shí)施導(dǎo)則的發(fā)展計(jì)劃被正式執(zhí)行,幾個(gè)導(dǎo)則的草案被提交到分會(huì)征求意見,包括壓艙水管理系統(tǒng)導(dǎo)則、壓艙水交換設(shè)計(jì)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)則、壓艙水沉淀物管理導(dǎo)則和壓艙水處理技術(shù)及程序等。

另外,還設(shè)立了專門的壓艙水網(wǎng)頁(yè),公布相關(guān)信息和最新研究成果。已經(jīng)按壓艙水管理要求實(shí)施的國(guó)家有阿根廷、澳大利亞、加拿大、智利、以色列、新西蘭、英國(guó)、美國(guó)及美國(guó)國(guó)內(nèi)的一些獨(dú)立的州和港口。

世界各國(guó)為了避免本國(guó)的海洋環(huán)境不受外來(lái)物種入侵,保護(hù)本國(guó)的海洋生態(tài)系統(tǒng),也出臺(tái)了一系列的法律、法規(guī)和相關(guān)環(huán)保措施。美國(guó)將禁船舶排放壓艙水。每年在美國(guó)境入排放的壓艙水來(lái)自世界各地,多達(dá)210億加侖,極易引起生物入侵。為此,靠泊美國(guó)港口(包括美加之間的五大湖的美方港口)的每艘船舶,以后如要排放壓艙水,都要先向美國(guó)政府申領(lǐng)準(zhǔn)許證;澳大利亞加強(qiáng)壓艙水的管理力度。其AQIS(檢疫及檢查服務(wù)部)自2004年10月1日起,開始對(duì)任何違反國(guó)家新出臺(tái)的壓艙水管理規(guī)則的船舶從嚴(yán)處理。處罰將適用于任何違反規(guī)定的船舶,所有造訪澳大利亞港口的船舶必須完成壓艙水報(bào)告單,同時(shí)還需出示船舶檢疫聲明。

(二)研究壓艙水處理方法,杜絕壓艙中水生物入侵的可能

目前,為了減少生物入侵,國(guó)際組織和一些國(guó)家對(duì)壓艙水的水質(zhì)和排放量要求越來(lái)越嚴(yán)格,并進(jìn)行了廣泛深入的研究。

目前比較有效的控制生物入侵的方法是船舶在航行途中,根據(jù)海域生物情況,有計(jì)劃的更換壓艙水。有研究表明,在海洋更換壓艙水后,其中含有的浮游動(dòng)物種類大大減少。因此,在航行途中,根據(jù)地域情況更換壓艙水仍然是控制外來(lái)物種傳播的有效途徑。但也有研究表明,這種方法也不十分有效。美國(guó)五大湖地區(qū)從1993年開始實(shí)行更換壓艙水方法,但近幾年,仍不斷發(fā)現(xiàn)新的入侵物種。

隨著世界各國(guó)對(duì)壓艙水問題的日益重視,很多研究人員開始致力于壓艙水處理的研究,試圖通過滅活壓艙水中的生物,達(dá)到控制生物入侵的目的。

目前提出的壓艙水處理方法絕大多數(shù)采用生活飲用水的處理方法。簡(jiǎn)單的過濾方法可以去除壓艙水中的大顆粒原生動(dòng)物和有機(jī)物。有研究人員用25um的過濾孔徑處理壓艙水,但不能去除病毒和細(xì)菌。我國(guó)大連海事大學(xué)環(huán)境工程研究院采用強(qiáng)氧化的方法處理壓艙水。O2和氣態(tài)水混合電離,產(chǎn)生大量的HOo基,這些HOo基溶于水中,能夠迅速殺死細(xì)菌、藻類和原生動(dòng)物。芬蘭學(xué)者使用臭氧氧化、紫外線照射(UV)、超聲波(US)和H2O2對(duì)壓艙水進(jìn)行處理,考察單一處理方法和組合方法對(duì)壓艙水中浮游生物(主要包括橈腳類動(dòng)物、水蚤和輪蟲類動(dòng)物)的處理效果。研究結(jié)果表明,在低鹽度的條件下,這幾種水處理方法對(duì)浮游生物的滅活效果都很好。相比較來(lái)說(shuō),US+UV和UV+H2O2處理效果最好。瑞典的Benrad AB公司發(fā)明了自己的專利技術(shù)——Benrad AOT(advanced oxidation technology),該技術(shù)采用紫外線殺菌的原理,滅活壓艙水中的生物。應(yīng)用該技術(shù)研制的設(shè)備,有望在2006年裝備船舶。日本郵船公司和東京海洋大學(xué)聯(lián)合在東京海洋大學(xué)的大型實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行運(yùn)用凈化壓艙水裝置的實(shí)驗(yàn)。他們開發(fā)的凈化壓艙水裝置是安裝在抽排壓艙水的管道內(nèi),利用蒸汽產(chǎn)生的空泡沖擊波來(lái)殺死壓艙水里的有害水生生物。

美國(guó)科學(xué)家研制了一種脫氧壓艙水處理設(shè)備。該設(shè)備能夠快速去除壓艙水中的95%溶解氧,在48小時(shí)內(nèi)使壓艙水中的生物因缺氧而全部死亡。該設(shè)備的出水能夠滿足IMO的壓艙水處理目標(biāo)。但也有研究表明,雖然脫氧技術(shù)可以殺死絕大部分的后生動(dòng)物,但不能殺死在缺氧環(huán)境下仍能生存的細(xì)菌和原生動(dòng)物。另外,熱處理、電脈沖等離子技術(shù)、超聲處理技術(shù)、電磁技術(shù)等處理壓艙水的研究均有報(bào)道,但都處于研究階段。

研究人員除了研究壓艙水處理方法外,還對(duì)壓艙水的微生物監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了探索。加利福尼亞大學(xué)的研究人員正在研究應(yīng)用芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)檢測(cè)壓艙水中微生物的可能性,試驗(yàn)在中國(guó)船舶上進(jìn)行。這主要因?yàn)橹袊?guó)不僅含有世界上三個(gè)最大港口中的兩個(gè),而且東南亞地區(qū)生物物種極為豐富,更容易引起生物入侵。澳大利亞的科學(xué)家使用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)檢測(cè)浮游生物樣品中太平洋牡蠣幼蟲,速度快,準(zhǔn)確度高。這種方法能夠迅速檢測(cè)到壓艙水中繁殖能力強(qiáng)、傳播速度快、具有生物入侵危險(xiǎn)的生物物種。

壓艙水處理方法不當(dāng),會(huì)引起壓艙水艙的腐蝕,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。例如,經(jīng)過機(jī)械分離方法如水力分離器處理過的壓艙水,其微生物及泥沙的含量減少,微生物腐蝕程度大大降低。但是,該方法處理過的壓艙水含氧量增高,提高了腐蝕的程度。氧化等方法,如臭氧氧化、氯化殺菌等方法均不適合壓艙水的處理,都會(huì)提高壓艙水艙的腐蝕程度。殺死或者滅活壓艙水中的微生物盡管技術(shù)可行,但從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā),耗費(fèi)不小。是否有必要滅活壓艙水中全部的微生物是目前需要回答的重要問題。壓艙水引起的危害是生物入侵,并不是所有的生物都具有這種危害。離開了原來(lái)的環(huán)境,很多生物會(huì)自然滅亡。因此,根據(jù)各國(guó)港口的實(shí)際情況進(jìn)行全球性的生物調(diào)查,劃分容易引起生物入侵物種的疫區(qū)圖就十分必要。我國(guó)由廈門檢驗(yàn)檢疫局對(duì)不同來(lái)源地的壓艙水和底泥進(jìn)行調(diào)查。通過對(duì)這些來(lái)自不同國(guó)家和地區(qū)的壓艙水的檢測(cè),比較和分析它們與本地海水的生物譜,特別是在藻類構(gòu)成上的差異,掌握哪些港口和海域的壓艙水可能造成生物入侵和危害人體健康,為船舶檢疫工作繪制一張“危險(xiǎn)壓艙水疫區(qū)圖”。給該地區(qū)港口船舶的控制和管理提供了充分詳實(shí)的資料和依據(jù)。

(三)開發(fā)新型船舶,減少或不使用壓艙水

由于目前還沒有十分經(jīng)濟(jì)有效的處理壓艙水的方法,有些科研工作者提出了制造無(wú)壓艙水船舶的構(gòu)想。美國(guó)米希爾·帕森斯博士(Dr.Michael Parsons)于2004年提出了三種設(shè)計(jì)方案:一是V型船身(V-shiped hull),其最大特點(diǎn)是船體下半部分呈現(xiàn)明顯向下突出的V型。通過電腦模擬測(cè)試初步證實(shí),這種無(wú)壓艙水油輪可以在風(fēng)浪不大的海洋上順利航行;二是貫通流系統(tǒng)船身(Throw-flow system):其最大特點(diǎn)是把原來(lái)的封閉式傳統(tǒng)型壓水艙改為前后開放式,海水從船艏進(jìn)口處涌入,再迅速地從船尾排水口排出,既可以起到壓水艙作用,又可以減少船舶的負(fù)荷。利用船艏和船尾進(jìn)出口水流的不同壓力,控制貫通壓水艙的水流速度;而在貫通流壓水艙內(nèi)穿越而過的海水始終是當(dāng)?shù)睾Ｓ蛑械暮Ｋ?不會(huì)把海水從一個(gè)地方帶到另一個(gè)地方;三是單一結(jié)構(gòu)船身設(shè)計(jì)方案(Monomaran),最大優(yōu)勢(shì)是通過在船底部位設(shè)置一個(gè)向后開放的內(nèi)凹,其船底形狀猶如一只倒置的前封后開的拖鞋,這種船型可以使船舶輕載時(shí)產(chǎn)生較大的水尺。有專家評(píng)論說(shuō),雖然這些方案各有優(yōu)點(diǎn),但要實(shí)際生產(chǎn)出無(wú)壓艙水船舶,還是一個(gè)十分漫長(zhǎng)的過程。要解決壓艙水問題,還要依靠有效的壓艙水管理和處理系統(tǒng)。

三、結(jié)語(yǔ)

由于壓艙水給環(huán)境帶來(lái)的嚴(yán)重危害,國(guó)際組織、地區(qū)法規(guī)和各國(guó)政府有關(guān)壓艙水的限制和處罰越來(lái)越嚴(yán)厲,但是在如何徹底解決船舶壓艙水課題上卻遇到難以想象的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。目前還無(wú)法根本解決船舶壓艙水給海洋水資源帶來(lái)的種種危害。壓艙水的對(duì)策,不僅僅是一個(gè)技術(shù)性問題,而是一個(gè)國(guó)際協(xié)作問題。所有臨海國(guó)家惟有統(tǒng)一行動(dòng)、嚴(yán)格執(zhí)法方能標(biāo)本兼治。在去年2月召開的國(guó)際會(huì)議上,雖然原則上通過了《壓艙水協(xié)議》,但要使其生效,至少還需30個(gè)國(guó)家的簽字。

為了全球性的海洋健康,任何國(guó)家都責(zé)無(wú)旁貸。

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作者簡(jiǎn)介:許雅娟,女,陜西扶風(fēng)人,供職于第三軍醫(yī)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心,碩士。