船舶壓載水處理技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用成果

曹偉

摘 要：介紹目前國際船舶壓載水處理的相關(guān)規(guī)范及發(fā)展趨勢，綜合分析國內(nèi)外開發(fā)與應(yīng)用的主要壓載水處理技術(shù)的原理和特

點。著重闡述采用純物理方法“過濾+紫外”技術(shù)路線設(shè)計生產(chǎn)的中遠(yuǎn)“海盾”壓載水處理系統(tǒng)及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用成果現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：船舶壓載水 處理技術(shù) 產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

目前，船舶運(yùn)輸是全球物流鏈中重要的一環(huán)，國際貿(mào)易中的80%以上貨物通過船舶轉(zhuǎn)運(yùn)。船舶空載時為了保持一定的吃水深度不至于傾覆，在起航時要將一定量的海水抽進(jìn)艙底以增強(qiáng)抗風(fēng)浪能力，到載貨時再將水放出，這部分海水稱為船舶壓載水。遠(yuǎn)洋船舶在注入和排放壓載水的同時，引起有害水生物和病原體的跨海域傳播，壓載水的無控制排放對海洋生態(tài)、公眾健康造成嚴(yán)重危害，由此引起的海洋生態(tài)破壞事故不勝枚舉，全球環(huán)?；鸾M織（GEF）將其列為海洋四大危害之一。如近年香港等地發(fā)生的壓載水傳播細(xì)菌造成紅潮使魚、貝類感染并導(dǎo)致人類食物中毒和漁業(yè)破壞；亞洲北部生長的藻類由于壓載水排放已入侵南澳大利亞并迅速取代當(dāng)?shù)睾４采锶郝涞鹊取?/p>

壓載水處理技術(shù)分析

目前，國內(nèi)外處理船舶壓載水的方法有25種之多，但總體來說，依據(jù)處理原理的差異可以劃分為物理處理和化學(xué)處理兩種類型。

1、物理處理方法

物理處理方法通過不同手段分離、排除或滅殺海水中的危害性生物與物質(zhì)，主要手段包括過濾、離心分離、加熱、光輻射、稀釋與置換等。

過濾是一種通過過濾裝置濾除海水中的一定體積微生物或其他污染物的處理方法。過濾法可直接濾除部分外來生物，通過選擇合適的網(wǎng)目，可以有效地去除不同的生物種群。目前開發(fā)使用的過濾方法包括超濾、納濾等過濾膜件。該方法原理簡單、安裝方便、初裝成本相對不高。過濾法被認(rèn)為是一種對環(huán)境危害最小的壓載水處理方法，但在大型船舶中很難用于處理大量的壓載水，處理效果有限，無法單獨(dú)處理壓載水。

旋流分離法是利用水流在管路中高速流動產(chǎn)生的分離作用，將液體的水和固體的生物與病原體分離開。這種方法可以除去大多數(shù)多細(xì)胞動物和植物、卵、幼蟲和有害的病原體細(xì)菌，但是比重和海水相近的生物和顆粒難以去除，處理效果受到限制。

加熱法是將海水加熱到38℃—45℃，并保持一段時間，可殺滅大部分的水生物。利用船舶柴油機(jī)冷卻水的余熱加熱壓載水，達(dá)到殺滅有害水生物的目的，還可以合理利用能量，不會造成二次污染。但是該方法受到航線長短、壓載水?dāng)?shù)量、環(huán)境溫度等諸多條件影響，并且當(dāng)海水溫度達(dá)到50℃—55℃時，會引起大量鹽分析出，形成積垢腐蝕船舶艙壁。

光輻射方法應(yīng)用較多的光頻段是加熱與燒灼能力強(qiáng)的紫外線，紫外線用于殺菌消毒在其他行業(yè)已經(jīng)有了較多的應(yīng)用實例。紫外線處理裝置對殺滅海洋細(xì)菌、病毒與細(xì)小微生物非常有效，處理過程不會產(chǎn)生二次污染，裝置操作管理簡便，運(yùn)行成本低。但該方法不能殺死所有有害生物，當(dāng)海水污濁度較大時，其效果會受到影響，因此該方法與過濾法配合使用效果最佳。

稀釋法是通過管路的設(shè)計，將清潔的海水從壓載艙頂部注入同時從底部排出的方法，稀釋法因設(shè)計船舶設(shè)備、管路的改進(jìn)或添置，因此僅僅在新船上使用。

2、化學(xué)處理方法

化學(xué)法主要是通過改變壓載水中某些化學(xué)物質(zhì)或元素的含量，以創(chuàng)造壓載水內(nèi)有害細(xì)菌與微生物抑制環(huán)境來進(jìn)行壓載水處理。

臭氧法。臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，在環(huán)境中產(chǎn)生氧原子能迅速殺死壓載水中的微生物和病原體，而且不存在二次污染問題。但是臭氧處于一種高度不穩(wěn)定狀態(tài)，只能通過臭氧發(fā)生設(shè)備現(xiàn)場制備，費(fèi)用較高，需要較高的管理維護(hù)水平，因此該用于船上壓載水處理存在一定困難和問題。

氯化法。該法利用漂白劑、氯氣及其衍生物對處理壓載水用以去除浮游植物和原生動物以及細(xì)菌是可行的，但對于不同的目標(biāo)生物所需氯含量不同。一般的少量氯對殺死壓載水中的細(xì)菌有明顯效果，而對于浮游藻類，因為耐受性強(qiáng)，需要較高的有效氯含量進(jìn)行處理。此外，壓載水中氯含量過高也會造成二次污染。

壓載水處理技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

從原理上分析，能夠?qū)崿F(xiàn)壓載水處理的方法與途徑較多，但是涉及實際的應(yīng)用必須考慮效能、裝船可行性、運(yùn)行成本、對船總體的影響等一系列問題。從目前已經(jīng)開發(fā)投入市場的產(chǎn)品分析，基于物理處理法和化學(xué)處理法的處理技術(shù)設(shè)備均有各自的特點，有些技術(shù)設(shè)備已有較好的裝船應(yīng)用經(jīng)驗，其中，由中遠(yuǎn)和清華大學(xué)聯(lián)合研制的“海盾”壓載水處理系統(tǒng)設(shè)備就是成功案例之一。

“海盾”壓載水處理系統(tǒng)（如圖1）是中遠(yuǎn)集團(tuán)下屬企業(yè)中遠(yuǎn)造船工業(yè)公司和清華大學(xué)共同研發(fā)的模塊化壓載水處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)歷時4年，經(jīng)開發(fā)、設(shè)計、樣機(jī)制作、岸基試驗、裝船試驗、環(huán)境評審、功能評審等環(huán)節(jié)的工作，獲得國家專利9項，通過了國際海事組織的初始認(rèn)可、國家海事局的最終認(rèn)可，獲得了中國船級社的型式認(rèn)可證書，達(dá)到了實船應(yīng)用水平，通過了科技部驗收，入選科技部舉辦的“十一五國家重大科技成就展”，獲得了科技部等四部委共同頒發(fā)的“2011年度國家重點新產(chǎn)品”證書。

該船用壓載水處理系統(tǒng)注冊商標(biāo)為“海盾（BLUE OCEAN SHIELD）”（BOS），是一套綜合生物科學(xué)、材料科學(xué)、流體力學(xué)、光學(xué)、環(huán)境科學(xué)、船舶設(shè)計等多學(xué)科的綜合性應(yīng)用系統(tǒng)，屬于全新的創(chuàng)新型科技。海盾壓載水管理系統(tǒng)采用純物理方法的“過濾+紫外”技術(shù)路線，首先通過過濾方式去除水體中的50微米以上的生物體，再采取紫外線照射殺滅水體中小于50微米的生物體。該系統(tǒng)是以國際海事組織（IMO）《2004 年國際船舶壓載水和沉積物控制與管理公約》的要求為基本出發(fā)點，綜合考慮國際法規(guī)、船舶技術(shù)方案和生態(tài)保護(hù)等方面進(jìn)行設(shè)計研發(fā)，符合該公約對船舶壓載水排放的生物有效性和生態(tài)安全性指標(biāo)要求。該產(chǎn)品具有綠色環(huán)保、滅活效果明顯、體積小、重量輕、技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、技術(shù)成熟等優(yōu)點，技術(shù)總體達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平、國際相同產(chǎn)品同等水平。

海盾（BOS）系統(tǒng)由全自動反沖洗過濾器（ 包含反沖洗氣瓶）、紫外滅活器（包含紫外電源柜），和集成控制系統(tǒng)三個部分構(gòu)成。全自動反沖洗過濾器包括一個或多個并聯(lián)的過濾器單元，并配有一個輔助氣瓶。過濾器的職能是去除過流的待處理壓載水中50 微米以上的顆粒物。過濾器去除大型浮游生物的同時，可以提升待處理壓載水的透光率，提高后續(xù)紫外滅活的效率。全自動反沖洗過濾器可以在5 秒鐘內(nèi)自動完成過濾器的再生，確保水處理的連續(xù)性。紫外滅活器包括一個或多個并聯(lián)的紫外反應(yīng)器，以及與其配套的紫外電源柜。紫外滅活器的職能是殺滅待處理壓載水中的浮游生物和微生物。在完成生物滅活的同時，紫外線對水體的化學(xué)成分沒有顯著影響，是一種安全、高效、環(huán)保的水處理手段。集成控制系統(tǒng)包括一個現(xiàn)場控制箱和一系列傳感器和執(zhí)行器件。用戶也可以選配一個遠(yuǎn)程控制箱，用于壓載水處理設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。集成控制系統(tǒng)的職能包括：人機(jī)界面職能、全自動的系統(tǒng)工作過程控制、手動控制職能、設(shè)備的故障記錄和報警職能、設(shè)備運(yùn)行狀況記錄職能。在集成控制系統(tǒng)內(nèi)，過濾器和紫外滅活器以及BOS系統(tǒng)內(nèi)的閥門實現(xiàn)了協(xié)調(diào)動作，最大程度地確保了設(shè)備的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，降低了操作人員的勞動強(qiáng)度。

在船舶注入壓載水期間，海盾（BOS）系統(tǒng)運(yùn)行在壓載模式下（如圖2），壓載水從海底門由壓載泵吸入后，流過過濾器和紫外反應(yīng)器后，注入壓載艙。過濾器利用壓載泵提供的壓力強(qiáng)制壓載水通過過濾器內(nèi)的過濾面，去除50微米以上的生物體和大顆粒雜質(zhì)，實現(xiàn)紫外滅活前的預(yù)處理。紫外反應(yīng)器內(nèi)高強(qiáng)度紫外線直接滅活過濾后壓載水內(nèi)的浮游生物和微生物后，將處理后的壓載水注入壓載艙。海盾（BOS）系統(tǒng)在壓載模式下的工作流程是在全自動狀態(tài)下協(xié)調(diào)地完成的，操作人員無需人工參與。在過濾器完成自清洗動作期間，海盾（BOS）系統(tǒng)可以自動調(diào)整紫外反應(yīng)器的運(yùn)行狀態(tài)，確保過濾器出水流量的波動不會影響紫外反應(yīng)器的滅活效果。

在船舶卸載壓載水期間，海盾（BOS）系統(tǒng)運(yùn)行在排載模式下（如圖3），壓載水經(jīng)壓載泵泵出壓載艙后，流過BOS 系統(tǒng)內(nèi)的過濾器旁路，進(jìn)入紫外反應(yīng)器做滅活處理，之后通過出?？谂诺较贤?。

基于“海盾”（BOS）良好產(chǎn)品情況，中遠(yuǎn)造船工業(yè)公司與山東威達(dá)集團(tuán)有限公司成立威海中遠(yuǎn)造船科技有限公司，全面邁開了產(chǎn)品裝船應(yīng)用的步伐，將壓載水科技產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化落到了實處。截至目前，威?？萍嫉摹昂６堋眽狠d水處理系統(tǒng)已經(jīng)完成了30余條船的安裝設(shè)計方案，涵蓋集裝箱船、散貨輪、油輪、重吊船等船型，并已在中國、希臘、香港等共4條船上完成了實船安裝，投入了使用。到目前為止，產(chǎn)品最長的使用期已近2年，從環(huán)保性、操控性、方便性、可靠性等方面都取得良好的效果。

縱觀國內(nèi)外，壓載水處理技術(shù)與設(shè)備在國際相關(guān)環(huán)保公約逐步實施的大背景下取得了快速的發(fā)展，各種原理功能與型式的處理系統(tǒng)不斷推向市場。雖然本文介紹的海盾（BOS）壓載水處理系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點并已初步取得產(chǎn)業(yè)化成果，但是壓載水處理技術(shù)還未完全成熟，處理和排放的部分標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步完善，相信在不久的將來，隨著科技的進(jìn)步船舶壓載水的排放會變得更加安全可靠。

（作者單位：中遠(yuǎn)造船工業(yè)公司）