壓載水處理技術(shù)最新發(fā)展

沈蘇雯

IMO正式通過《船舶壓載水和沉積物控制與管理國際公約》已有8年多時(shí)間。公約通過后，壓載水處理裝置便成為船舶必不可少的設(shè)備，壓載水處理裝置的研發(fā)就如火如荼般地展開了。如今已有不少壓載水處理系統(tǒng)可供船廠和設(shè)計(jì)單位選擇，但受到船舶特點(diǎn)、處理技術(shù)、處理能力等限制，幾乎沒有哪種處理系統(tǒng)能適用于所有類型的船舶。隨著壓載水管理公約正式生效的臨近，將來每一艘船都必須面對壓載水處理的問題?，F(xiàn)將世界上最為先進(jìn)的技術(shù)成果與經(jīng)典案例進(jìn)行匯總，供業(yè)界借鑒。

壓載水處理裝置相關(guān)規(guī)則

經(jīng)過處理的壓載水必須滿足壓載水管理公約附錄的《壓載水及沉淀物管理規(guī)則》D-2條規(guī)定的壓載水性能標(biāo)準(zhǔn)。一般將處理裝置本身及對壓載水的處理過程，統(tǒng)稱為壓載水處理系統(tǒng)。公約規(guī)定，壓載水處理系統(tǒng)必須經(jīng)過規(guī)則D-3（壓載水管理系統(tǒng)的許可條件）的許可，并規(guī)定該裝置如不會產(chǎn)生或者無需使用活性物質(zhì)，則由船旗國主管機(jī)關(guān)簽發(fā)型式許可；如會產(chǎn)生或者需用到活性物質(zhì)則需獲得IMO許可。此處所指的活性物質(zhì)，是對壓載水中所含的有害水生物和病原體具有一般或特定作用的物質(zhì)，具體來說是指化學(xué)試劑、菌類和裝置中生成的化學(xué)物質(zhì)等。也就是說對壓載水處理系統(tǒng)來說，其處理能力是否滿足排放標(biāo)準(zhǔn)由主管機(jī)關(guān)進(jìn)行許可，而處理方法則由IMO來進(jìn)行許可。這些許可的程序過程均登載在壓載水公約指南中。指南中的G1到G14由IMO所制定，其中G8為《壓載水管理系統(tǒng)認(rèn)可指南》，G9為《使用活性物質(zhì)的壓載水管理系統(tǒng)批準(zhǔn)程序指南》。IMO對于滿足G9的壓載水處理系統(tǒng)簽發(fā)許可。圖1為G8和G9的許可程序大致流程圖示。

G8中所規(guī)定的壓載水處理系統(tǒng)許可的獲得流程大致為圖紙審核、岸上試驗(yàn)、船上試驗(yàn)和環(huán)境試驗(yàn)4步，這些試驗(yàn)結(jié)果都是申請?jiān)S可所必需的。各試驗(yàn)大致內(nèi)容有，岸上試驗(yàn)主要是對200m3的試驗(yàn)水進(jìn)行處理，5日后分析其是否滿足D-2的標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)水采用海水、淡水和混合水中的2種反復(fù)進(jìn)行5次試驗(yàn)。船上試驗(yàn)主要是在1艘以上的船舶上，需要取得許可的壓載水裝置須在船上完成最少6個月的常規(guī)定量壓載水運(yùn)轉(zhuǎn)周期，以此連續(xù)3次后，將滿足D-2標(biāo)準(zhǔn)的生物學(xué)分析結(jié)果送交至主管機(jī)關(guān)。環(huán)境試驗(yàn)是以壓載水處理裝置會用到的電氣設(shè)備和電子設(shè)備為對象，進(jìn)行一般的船舶環(huán)境試驗(yàn)。

如果壓載水處理系統(tǒng)在處理過程中需要用到或者會產(chǎn)生活性物質(zhì)，則基于G9指南的規(guī)定須向IMO提交審查申請（不需使用或不會產(chǎn)生活性物質(zhì)則僅遵循G8指南即可）。G9指南中所規(guī)定的許可共有基本許可和最終許可兩部分，基本許可是基于實(shí)驗(yàn)室層面，最終許可是要求滿足船上層面?，F(xiàn)今所提交審查的壓載水處理系統(tǒng)基本都是需要使用或者會產(chǎn)生活性物質(zhì)殺滅病原體的類型。為此，幾乎所有的裝置都將適用于G9所規(guī)定的許可流程。

一般的壓載水處理系統(tǒng)組成如圖2所示。首先采用壓載水泵，將含有海洋生物的海水汲取到船內(nèi)。在這些海水被輸送往壓載水艙之前，壓載水處理裝置將對其進(jìn)行處理。先用過濾器等設(shè)備進(jìn)行物理處理，去除比較大的生物，再用活性物質(zhì)將較小的生物和病原菌殺滅。處理后的海水儲藏在壓載水艙中，排放時(shí)，在使用壓載水泵排出船外之前，還要進(jìn)行再處理和中和處理。特別是除熱處理技術(shù)外，使用或產(chǎn)生活性物質(zhì)的壓載水，其排放之前必須經(jīng)過凈化，這一點(diǎn)尤為關(guān)鍵。也就是說，即使使用活性物質(zhì)進(jìn)行生物處理，也必須要讓它們的排放本身對生物不造成影響。

經(jīng)IMO認(rèn)可的7種處理方法

壓載水處理裝置可殺滅水中的各種生物和病原體，并有多種處理方法可選擇，其中有7種方式得到IMO的許可。

過濾處理法。用過濾器將棲息在海水中的微生物等過濾掉是最傳統(tǒng)的處理方法。如果過濾器的網(wǎng)目較小的話浮游生物等微生物也可去除，但也會造成濾網(wǎng)堵塞，需要時(shí)常進(jìn)行清洗工作。另外，如果采用的過濾器網(wǎng)目過小，會影響到水流速度，因此網(wǎng)目的大小是有限制的。目前過濾器方法多用于對剛汲取的海水進(jìn)行大型海洋生物去除的前期處理工作。

空泡和流體壓力。此方法與過濾處理法一樣是在管路內(nèi)設(shè)置過濾裝置，不過有所不同的是，其安裝的是板狀過濾裝置，板與板之間有微小縫隙，通過縫隙的海洋生物會被切斷或者受到壓力而粉碎。該方法與過濾法相比，不會引起阻塞現(xiàn)象，不過因?yàn)槭窃诠苈穬?nèi)設(shè)置影響流速的設(shè)備，故需要加大將海水送往壓載水艙的壓力。

機(jī)械處理法。該方法是對剛汲取的壓載水進(jìn)行預(yù)處理，將凝結(jié)劑或磁粉投入水中，使微生物凝結(jié)成約1mm直徑大小的顆粒，再用磁鐵或過濾器過濾處理。該方法可以看作是從過濾處理法中演化而來的一種方法，由于需要經(jīng)過機(jī)械處理過程，所以需要一定的設(shè)備空間。另外在凝結(jié)過程中，除了微生物外，細(xì)菌也會凝結(jié)成顆粒，所以無需注入殺滅病原體的化學(xué)試劑。

紫外線（UV）處理法。生物或細(xì)菌受到紫外線的直接照射會被破壞DNA導(dǎo)致死亡。利用這一點(diǎn)，誕生了用紫外線消滅壓載水中的微生物和病原體的處理方法。

氯化法。氯化物與紫外線同樣具有殺菌效果，利用這一點(diǎn)來殺滅壓載水中的微生物和病原體?？杀焕玫穆然镉卸趸?、次氯酸鈉、次氯酸鈣等。不過在使用氯化物對壓載水進(jìn)行殺菌處理時(shí)，其殘留物會有二次污染的問題，在排放時(shí)需將水中的氯含量降低到安全的范圍內(nèi)。生成各氯化物的主要方法有投放化學(xué)試劑或者電解壓載水生成氯化物。

臭氧處理法。這種方法是利用臭氧的強(qiáng)氧化特性殺滅壓載水中的微生物和病原體。如果在船舶上搭載了臭氧生成裝置，就無需向壓載水中投放化學(xué)試劑，可持續(xù)對壓載水進(jìn)行處理。不過臭氧不光對人體有危害，對包括壓載水艙在內(nèi)的整條壓載水系統(tǒng)鏈都有腐蝕危害的可能性，所以必須有相應(yīng)的防護(hù)措施。

加熱法?；舅械纳镌诟邷叵露紩缃^，因此加熱法可以說是十分有效的去除壓載水中微生物和病原體的手段。如果有只使用加熱法的壓載水處理裝置，由于無需用到活性物質(zhì)，那么就不需要獲得G9指南的許可。不過，一般壓載水的量要占船舶滿載排水量的1/4之多，在大型船上運(yùn)用的時(shí)候，要在短時(shí)間內(nèi)加熱大量壓載水并維持一定的時(shí)間，是十分困難的。

歸納以上7種處理方法，大致可分為：物理處理法；機(jī)械處理法；化學(xué)處理法；加熱法。而壓載水管理公約要求必須對病原體進(jìn)行處理，除了加熱法之外都要利用到活性物質(zhì)，因此無法回避G9指南的審查。關(guān)于加熱法，如果在過程中需要投入活性物質(zhì)，則也需要經(jīng)過G9指南的審查。

壓載水處理裝置的開發(fā)

綜上所述，一套理想的壓載水處理系統(tǒng)應(yīng)滿足以下條件：

1、確保船員和船體本身的安全；

2、確保排放水域周邊居民和工作人員的安全；

3、不影響船舶航運(yùn)（盡可能在短時(shí)間內(nèi)處理更多的壓載水）；

4、盡量減小處理裝置所需的必要空間，使任何船舶均能搭載；

5、盡量減少裝置運(yùn)行所需的能耗；

6、盡可能簡化裝置的操作，使其免維護(hù)；

7、盡可能減少引入和運(yùn)用裝置的成本。

不過壓載水處理系統(tǒng)的開發(fā)十分不易，目前還未有符合所有條件的系統(tǒng)。截至2011年7月，包括正在開發(fā)中的壓載水處理裝置共有59種，其中17種已獲G8指南的型式許可，16種獲得了G9的基本許可，9種獲得了G9的最終許可。開發(fā)壓載水處理系統(tǒng)的公司共有55家，以美國、日本和韓國公司為主。隨著壓載水管理公約生效時(shí)間的迫近，參與并推出開發(fā)計(jì)劃的公司在2010年到2011年間增加了14家。而關(guān)于處理方式，目前的壓載水處理裝置都是將處理過程分為2個階段，第一階段也叫預(yù)處理階段，多用過濾器來完成處理，而第二階段的處理方式則多種多樣。

滿足D-2標(biāo)準(zhǔn)的第一代壓載水處理系統(tǒng)，雖說都通過了G8和G9指南所要求的各類試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)，但是由于當(dāng)時(shí)G8和G9本身都還在摸索階段，因此這些設(shè)備中有一部分無法滿足如今G8指南所提出的試驗(yàn)要求，并且當(dāng)時(shí)的G9指南沒有對壓載水排出的凈化過程做出考慮，所以對活性物質(zhì)的濃度和含量有較大的限制，因此即使開發(fā)出了混合型處理系統(tǒng)，其處理效果也很有限。到了第二代處理系統(tǒng)，G8的岸上試驗(yàn)要求已經(jīng)較為共通和完善，G9中對活性物質(zhì)的限制也放寬了很多，出現(xiàn)了效果更好的壓載水處理系統(tǒng)，并且還配有活性物質(zhì)中和設(shè)備。如今的第三代設(shè)備追求的是比G8和G9所要求的更高的處理性能。

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，壓載水管理公約將在30個國家批準(zhǔn)通過，并且自這些國家所登錄的船舶總噸位占到世界商船總噸位的35%后的12個月開始生效。截止至2011年7月底，已有28個國家通過該公約，登記的船舶總噸位占到了世界商船總噸位的25.43%。即使是非締約國船籍的船舶，在需要?？抗s國的港口時(shí)，也必須滿足公約的要求，因此在建船舶都必須考慮公約的影響。