幾種主流船舶壓載水處理設(shè)備的分析比較

山東交通學(xué)院海運(yùn)學(xué)院 劉剛 李家淦 王守寶

船舶運(yùn)輸業(yè)在現(xiàn)代社會(huì)的貿(mào)易活動(dòng)中有著不可替代的作用。在運(yùn)輸過程中，船舶利用壓載水來保證穩(wěn)性和航行的安全。遠(yuǎn)洋船舶在排放壓載水的同時(shí)，不同水域的微生物會(huì)以壓載水為載體進(jìn)行傳播，造成外來生物入侵。目前，由船舶壓載水所引起的生物入侵己經(jīng)對(duì)沿海城市的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和健康造成了巨大的傷害，全球環(huán)境基金組織也將其認(rèn)定為海洋面臨的四大威脅之一[1]。

2004年，國際海事組織（IMO）會(huì)議通過了《國際船舶壓載水和沉積物控制與管理公約》，該公約對(duì)船舶壓載水的排放標(biāo)準(zhǔn)有了明確的規(guī)定。截止到2012年10月，世界范圍內(nèi)已有36個(gè)國家批準(zhǔn)了該公約，約占世界商船總噸位的29.07%[2]，已臨近占總噸位35%的生效條件。隨著公約生效日期的臨近，大量的研發(fā)機(jī)構(gòu)及船舶設(shè)備供應(yīng)商都致力于船舶壓載水處理系統(tǒng)的研究，本文將對(duì)船舶壓載水的處理方法及幾套主流的壓載水處理設(shè)備進(jìn)行介紹分析。

一、船舶壓載水處理方法

船舶壓載水的處理方法大致可分為三類：海上更換壓載水、船上壓載水處理和壓載水隔離[3]。

1. 海上壓載水更換

海上壓載水更換包括排空法、溢流法和稀釋法。該方法受到國際海事組織的推薦，也是當(dāng)前在實(shí)船上應(yīng)用最為廣泛的一種方法。海上更換壓載水設(shè)備簡單，更換效果好，但是該方法運(yùn)行時(shí)間長，而且有時(shí)會(huì)對(duì)船舶的安全構(gòu)成一定的威脅。從長遠(yuǎn)角度看，在海上對(duì)壓載水進(jìn)行更換只能是一種臨時(shí)方案，最好的方法是在船上直接滅活壓載水中的微生物[4]。

2. 船上壓載水處理

船上壓載水處理包括機(jī)械處理法、物理處理法和化學(xué)處理法。其中，機(jī)械方法主要為過濾和氣旋分離；物理方法主要有加熱處理、放電處理、超聲波處理和紫外線照射處理等；化學(xué)處理法主要有氯或氯化物處理法、臭氧法、脫氧法和過氧化氫法。在船上直接對(duì)壓載水處理具有效率高，處理過程中不影響船舶的穩(wěn)性和吃水，不受海況和天氣限制等優(yōu)點(diǎn)，但是壓載水處理設(shè)備相對(duì)復(fù)雜。

3. 壓載水隔離

壓載水隔離主要是指港口接受和不排放壓載水。壓載水隔離能有效防止壓載水中的有害水生生物傳播，且操作簡單，但會(huì)影響船舶的經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)，壓載水的固定不排放使得船舶不能通過壓載水來調(diào)整航行參數(shù)。

二、船舶壓載水處理設(shè)備

現(xiàn)階段，已面世的壓載水處理設(shè)備多達(dá)幾十種，下面就其中幾套被業(yè)界廣泛認(rèn)可的壓載水處理設(shè)備進(jìn)行介紹。

1. PureBallast壓載水處理系統(tǒng)

PureBallast是瑞典Alfa-Laval公司與Wallenius Water公司聯(lián)合研制的壓載水處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)于2006年12月正式推出，2007年12月獲得IMO最終認(rèn)可，是世界上第一款商用壓載水處理系統(tǒng)。2010年Alfa-Laval公司推出了更新的PureBallast 2.0處理系統(tǒng)，2013年又推出了PureBallast 3.0處理系統(tǒng)。

PureBallast壓載水處理系統(tǒng)采用過濾和光催化的技術(shù)來處理壓載水中的微生物[5]。當(dāng)船舶加載壓載水時(shí)，壓載水首先經(jīng)壓載泵進(jìn)入到濾器中進(jìn)行過濾，除去較大的水生生物和垃圾，過濾后的壓載水被送入到反應(yīng)器，在反應(yīng)器中，利用紫外線照射二氧化鈦所產(chǎn)生的羥基來滅活壓載水中剩余的微生物，處理后的壓載水被送至壓載艙；當(dāng)卸載壓載水時(shí)，壓載水再次通過反應(yīng)器，滅活航行期間在壓載艙中滋生的微生物。為了避免過濾器反沖造成二次污染，壓載水排出時(shí)不再通過過濾器。

2. GloEn-Patrol壓載水處理系統(tǒng)

GloEn-Patro是韓國Panasia公司推出的壓載水處理系統(tǒng)。2009年9月，該系統(tǒng)獲得型式認(rèn)可，2012年6月，Panasia公司又推出GloEn–Saver壓載水處理系統(tǒng)，并已提交IMO批復(fù)[6]。2013年5月，GloEn-Patro壓載水處理系統(tǒng)獲得美國海岸警衛(wèi)隊(duì)(USCG)頒發(fā)的AMS批復(fù)。

GloEn-Patrol壓載水處理系統(tǒng)采用“過濾+紫外線”技術(shù)來處理壓載水中的微生物。船舶加載壓載水時(shí)，壓載水經(jīng)壓載泵進(jìn)入到濾器中進(jìn)行過濾，過濾后的壓載水再進(jìn)入到紫外線反應(yīng)器（UV單元）內(nèi)，在反應(yīng)器中，利用紫外線照射來滅活壓載水中剩余的微生物，處理后的壓載水被送至壓載艙；當(dāng)船舶排出壓載水時(shí)，壓載水首先進(jìn)入到紫外線反應(yīng)器中，來滅活船舶航行期間壓載水中滋生的微生物，然后再排出到舷外。

3. OceanSaver壓載水處理系統(tǒng)

OceanSaver是挪威OceanSaver AS公司開發(fā)研制的壓載水處理系統(tǒng)。2009年OceanSaver AS公司推出MarkⅠOceanSaver壓載水處理系統(tǒng)并獲得IMO的最終認(rèn)可。2011年3月，OceanSaver AS公司又推出簡化版的MarkⅡ OceanSaver壓載水處理系統(tǒng)，并于2012年3月獲挪威船級(jí)社（DNV）的型式批復(fù)，2013年10月獲得美國海岸警衛(wèi)隊(duì)（USCG）的認(rèn)證。

OceanSaver對(duì)船舶壓載水的處理包括過濾、空化、消毒和氮飽和四個(gè)步驟[6]。當(dāng)船舶加載壓載水時(shí)，壓載水首先進(jìn)入過濾器進(jìn)行過濾，過濾后絕大部分壓載水進(jìn)入C3-T空化器，在空化器內(nèi)通過氣穴的沖擊性來滅活壓載水中的微生物；同時(shí)，一小部分壓載水（小于規(guī)定系統(tǒng)流量的0.5%）進(jìn)入到C2-E電滲析裝置中進(jìn)行電滲析處理，經(jīng)電滲析處理后的壓載水和氮?dú)庖黄饑娚涞綁狠d水管路中，與空化后的壓載水進(jìn)行混合，實(shí)現(xiàn)壓載水的消毒和氮飽和。船舶卸載壓載水時(shí)，壓載水再次進(jìn)入C3-T空化器內(nèi)對(duì)船舶航行過程中所產(chǎn)生的微生物進(jìn)行滅活。同時(shí)，利用空氣壓縮機(jī)充入空氣來恢復(fù)壓載水中的氣體平衡，從而避免排出缺氧的壓載水。

4. “海洋衛(wèi)士”（OceanGuard）壓載水處理系統(tǒng)

“海洋衛(wèi)士”是青島海德威科技有限公司與哈爾濱工程大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的壓載水處理裝置。2010 年10月“海洋衛(wèi)士”獲得國際海事組織（IMO）簽發(fā)的最終認(rèn)可證書，截止到2014年2月，該系統(tǒng)已獲得BV、CCS、DNV、RINA的全系列型式認(rèn)可證書，以及美國USCG的AMS證書。

“海洋衛(wèi)士”處理系統(tǒng)采用過濾及電催化高級(jí)氧化技術(shù)來處理壓載水中的微生物[7]。當(dāng)船舶加載壓載水時(shí)，壓載水首先進(jìn)入濾器進(jìn)行過濾，過濾后的壓載水進(jìn)入EUT處理單元。在EUT處理單元中，通過電催化產(chǎn)生的高活性的羥基自由基來滅活壓載水中的微生物，經(jīng)滅活處理后的壓載水被送至壓載艙。由于羥基自由基滅菌徹底，無復(fù)活，且在處理后的壓載水中剩余的不高于2ppm的少量氧化物具有持續(xù)殺菌的作用，因此，在船舶卸載壓載水時(shí)無需對(duì)其進(jìn)行二次處理，壓載水可直接排至舷外。

5. BalClor壓載水處理系統(tǒng)

BalClor是青島雙瑞公司與中國船級(jí)社聯(lián)合研制的壓載水處理系統(tǒng)。2010年8月，BalClor獲得IMO 的最終批準(zhǔn)，是中國首家獲得IMO最終批準(zhǔn)的壓載水管理系統(tǒng)。隨后，BalClor 壓載水處理系統(tǒng)又陸續(xù)獲得CCS、DNV、BV、NK的型式認(rèn)可，并于2013年4月通過USCG AMS臨時(shí)認(rèn)可。

BalClor處理壓載水的過程包括過濾、電解和中和。船舶加載壓載水時(shí)，壓載水首先進(jìn)入過濾器進(jìn)行過濾，除掉壓載水中較大的微生物及顆粒，然后從過濾后的壓載水管路中取一個(gè)小流量的壓載水進(jìn)入電解裝置進(jìn)行電解，經(jīng)電解產(chǎn)生的次氯酸鈉溶液回注到壓載水管路中來滅活壓載水中的微生物；壓載水排放時(shí)，當(dāng)壓載水中余氯濃度小于IMO規(guī)定值時(shí)，中和系統(tǒng)不啟動(dòng)，壓載水直接排放到目的地海域，當(dāng)余氯濃度大于IMO規(guī)定值時(shí)，中和系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，向排水管中注入中和劑，中和劑的流量由控制系統(tǒng)根據(jù)TRO檢測(cè)儀反饋的濃度信息自動(dòng)控制。

三、壓載水處理設(shè)備比較

1. 處理技術(shù)的比較

目前，壓載水處理系統(tǒng)大都聯(lián)合兩種或兩種以上的技術(shù)，過濾作為一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、成熟的處理技術(shù)而被廣泛運(yùn)用在壓載水的初始處理過程中。在上述壓載水處理系統(tǒng)中，除過濾技術(shù)之外，GloEn-Patrol 壓載水處理系統(tǒng)所采用的紫外線處理技術(shù)和BalClor壓載水處理系統(tǒng)的電解技術(shù)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。一方面是因?yàn)殡娊饧夹g(shù)在現(xiàn)有船舶海水的處理中已取得了較為廣泛的應(yīng)用，大多數(shù)的船東和船員對(duì)該技術(shù)也比較熟悉，且紫外線技術(shù)是被認(rèn)為最為環(huán)保、安全的殺菌技術(shù)；另一方面是因?yàn)槟壳按蟛糠滞ㄟ^認(rèn)證的壓載水處理設(shè)備都涉及到電解和紫外線技術(shù)，這使得其市場(chǎng)認(rèn)可度得到很大的提高。英國勞氏船級(jí)社（LR）2011年6月發(fā)布的《壓載水處理技術(shù)現(xiàn)狀報(bào)告》顯示，紫外線和電解技術(shù)是目前壓載水處理的主流技術(shù)，有關(guān)專家估計(jì)，在未來壓載水處理設(shè)備的市場(chǎng)中，紫外線技術(shù)的壓載水處理系統(tǒng)將會(huì)占市場(chǎng)總額的45%，電解技術(shù)的壓載水處理系統(tǒng)會(huì)占市場(chǎng)總額的35%。

2. 經(jīng)濟(jì)性與適用性的比較

經(jīng)濟(jì)性和適用性是船東在選擇壓載水處理系統(tǒng)時(shí)所重點(diǎn)關(guān)注的?，F(xiàn)階段，各大壓載水處理設(shè)備制造商都在努力優(yōu)化其設(shè)備，以求達(dá)到節(jié)能、靈活和適用范圍廣的要求。相對(duì)于其他壓載水處理系統(tǒng)，“海洋衛(wèi)士”（OceanGuard）壓載水處理系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，這是因?yàn)椤昂Ｑ笮l(wèi)士”壓載水處理系統(tǒng)所采用的電催化高級(jí)氧化技術(shù)對(duì)微生物滅活效果明顯，而且在船舶排放壓載水時(shí)，無需對(duì)其進(jìn)行二次處理。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，一臺(tái)處理量為1000 m3/h的“海洋衛(wèi)士”（OceanGuard）壓載水處理設(shè)備，其能耗僅約為17 kW。就壓載水處理系統(tǒng)的適用性而言，挪威OceanSaverAS公司的OceanSaver壓載水處理系統(tǒng)體現(xiàn)出了較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，經(jīng)權(quán)威部門檢測(cè)，OceanSaver壓載水處理系統(tǒng)既適用于蘇伊士船型及以上的大型船舶（包括原油船、LNG船及化學(xué)品船等），又可適用于各種中小型船舶。

3. 市場(chǎng)份額的比較

在壓載水處理系統(tǒng)面世之初，其競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的滅活效果和處理技術(shù)上，經(jīng)過幾年的發(fā)展，隨著業(yè)界對(duì)壓載水處理技術(shù)的熟知和壓載水處理設(shè)備的增加，產(chǎn)品的訂單數(shù)量也成為反應(yīng)其競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)。從壓載水處理系統(tǒng)的訂單情況來看，PureBallast壓載水處理系統(tǒng)的訂單居首。雖然PureBallast壓載水處理系統(tǒng)采用的光催化殺菌技術(shù)并非主流技術(shù)，但是Alfa-Laval是世界上最先研制壓載水處理系統(tǒng)且率先獲得一系列認(rèn)證的公司，這使得該公司有較豐富的壓載水設(shè)備實(shí)船安裝經(jīng)驗(yàn)，因此其市場(chǎng)開拓工作進(jìn)展的較為順利。此外，GloEn-Patrol 壓載水處理系統(tǒng)和“海洋衛(wèi)士”（OceanGuard）壓載水處理系統(tǒng)雖然面世時(shí)間比較晚，但發(fā)展極為迅速，其市場(chǎng)份額也僅次于PureBallast壓載水處理系統(tǒng)，截止到2012年9月，Panasia 已獲得250艘船舶的壓載水處理系統(tǒng)合同訂單，截止到2013年9月，青島海德威科技有限公司已簽了200多艘船舶訂單。

四、結(jié)語

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2012年，全球已有29種壓載水處理系統(tǒng)通過了IMO的最終認(rèn)可和各國相關(guān)主管部門的型式認(rèn)可，開始批量生產(chǎn)。作為世界航運(yùn)大國，中國應(yīng)加大政策和資金支持力度，促進(jìn)壓載水處理設(shè)備的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，從而保證中國在履行國際公約過程中的主動(dòng)地位。

[1]張碩慧. 船舶壓載水轉(zhuǎn)移外來物種機(jī)制的探討[J].中國航海,2002(1):43-47.

[2]費(fèi)珊珊，張仁平. 國際海事組織海上環(huán)境保護(hù)委員會(huì)第64屆會(huì)議簡報(bào)[J].世界海運(yùn),2012,35(11):52-53.

[3]李芳，李偉. 船舶壓載水污染的處理方法研究進(jìn)展[J].中國水運(yùn),2007,7(5):12-13.

[4]Tamburri M N, Wasson K, Matsuda M. Ballast water deoxygenation can prevent aquatic introductions while reducing ship corrosion[J].Biological Conservation ,2002,103(3):331-341.

[5]汪亭玉，魏勇，李光銀. 船舶壓載水處理設(shè)備的研制現(xiàn)狀及認(rèn)證[J]. 船舶工程,2012(4):10-13.

[6]彭雪竹. 壓載水處理系統(tǒng)市場(chǎng)現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J]. 船舶物資與市場(chǎng) 2012(6):29-36.

[7]邱力強(qiáng)，張曉榮. 船舶壓載水處理設(shè)備及應(yīng)用技術(shù)研究進(jìn)展[J].青島遠(yuǎn)洋船員學(xué)院學(xué)報(bào) 2012,33(4):29-36.