壓載水處理系統(tǒng)的原理與特征

□ 張 斌

湖南常德達門船舶有限公司 湖南常德 415001

1 壓載水概述

船舶對世界貿(mào)易而言至關(guān)重要,必須使用壓載水,以保證操作的有效性和安全性[1]。然而,船舶在港口或港口附近加裝的壓載水中可能包含多種生物體,到達港口為裝貨而排出壓載水時,這些生物體會被排放到新的水環(huán)境中,在新的水環(huán)境中定居下來,可能會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生有害影響,從而造成生物入侵。對此,通過控制和管理船舶壓載水的排放,減輕并最終消除由壓載水排放帶來的有害水生物入侵問題,得到國際社會的廣泛關(guān)注和研究。

壓載水通常指船舶為控制吃水、縱傾、橫傾、穩(wěn)性、應(yīng)力而裝載在船上的水,壓載水中有懸浮物。壓載水通常裝載在船舶的壓載艙中,壓載艙根據(jù)船舶結(jié)構(gòu)以各種形式分布在船體的各個位置,主要的目的是保證船舶能夠有效安全操作,使船舶保持平衡運行[2]。

壓載水在船舶中的分布取決于船舶設(shè)計的標準、尺寸和強度[3]。根據(jù)船舶大小和用途的不同,一艘船可以攜帶幾百千克至十幾萬千克的壓載水。因此,如果船舶沒有裝貨,或已經(jīng)在某一港口卸下一部分貨物,并準備開往下一港口,那么必須進行壓載處理,使船舶處于有效和安全的狀態(tài),從而避免因為質(zhì)心偏離而給船舶的操作和安全帶來影響[4]。

海洋微生物種類繁多,船舶壓載水可能攜帶幾千種海洋微生物,這些微生物隨著壓載水從世界的一個地方轉(zhuǎn)移到另一個地方,可能會打破自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡,甚至導(dǎo)致環(huán)境、經(jīng)濟、公共衛(wèi)生、居民健康問題,產(chǎn)生嚴重影響[5]。對此,世界上許多國家已經(jīng)采取措施,限制和管理壓載水的轉(zhuǎn)移。由此,壓載水處理系統(tǒng)在船舶工程中得到廣泛應(yīng)用。

2 壓載水處理系統(tǒng)原理

船舶需要通過加裝壓載水處理系統(tǒng)對攝入和排放的壓載水進行滅活處理,微生物滅活是壓載水管理的重要組成部分。對壓載水中的微生物滅活,除技術(shù)本身可靠性影響外,還受海水鹽度、溫度、濁度的影響。常用的處理技術(shù)為過濾+紫外線殺菌燈+脫氧處理[6-7],將壓載水中活體的微生物量控制在公約要求的范圍內(nèi),從而使壓載水達到排放標準。

2.1 生物消毒技術(shù)

壓載水常用的處理工藝是生物消毒,具有整體高效、占地空間管理方便、功率高等特點,采用直列式結(jié)構(gòu)設(shè)計,使壓載水處理系統(tǒng)適用于所有船舶。直列式結(jié)構(gòu)中的主要部件過濾器和殺菌器被集成到壓載水管道中。殺菌器的直徑略大于管道直徑,使系統(tǒng)更具靈活性,占用空間小。

生物消毒工藝由加強型紫外線殺菌器完成。殺菌器內(nèi)部優(yōu)化壓載水流速,能確保壓載水較高的紊流強度和充分的紫外線照射。殺菌器中的中壓紫外燈采用特殊設(shè)計的人造石英燈套,這些獨特的燈套能支持更寬波長譜傳輸,在消毒過程中可以提供更多的紫外線照射。結(jié)合殺菌器的內(nèi)部設(shè)計,確保最優(yōu)化的紫外線強度和較低的能耗。

當微生物受到紫外線照射時,會吸收紫外線的能量,引起脫氧核糖核酸損傷,破壞脫氧核糖核酸的分子鏈,使脫氧核糖核酸失去復(fù)制能力或失去活性直至死亡,從而達到滅菌的效果。另一方面,在紫外線的照射下可以產(chǎn)生自由基,引起光電離,使微生物不能復(fù)制繁殖,導(dǎo)致微生物自然死亡,不會對水環(huán)境和人體造成危害,從而達到殺菌的目的。

2.2 過濾技術(shù)

微生物消毒的前一道工藝流程是過濾[8],目的是在微生物消毒前去除壓載水中的較大生物體與顆粒物。過濾裝置提高了壓載水的水體質(zhì)量,確保后續(xù)紫外線殺菌工藝能夠充分發(fā)揮作用,被過濾器攔截而形成的污泥排回原海域。過濾器作為大多數(shù)壓載水處理系統(tǒng)的前處理設(shè)備,其性能對壓載水處理系統(tǒng)起至關(guān)重要的作用。

在船舶壓載過程中,壓載水經(jīng)過壓載泵進入壓載水處理系統(tǒng),先后經(jīng)過過濾器和紫外線殺菌器,然后進入壓載艙。在船舶卸載過程中,壓載水直接由壓載艙輸入紫外線殺菌器,然后直接排海,這一過程不需要經(jīng)過過濾器處理。

3 壓載水處理系統(tǒng)特征

壓載水處理系統(tǒng)的選配由配套使用的壓載泵流量決定。通過對殺菌器和過濾器進行配置,使壓載水處理系統(tǒng)與船舶的排放需求和所需的壓載水流量相匹配[9-10],實現(xiàn)優(yōu)化配置。一般而言,壓載水處理系統(tǒng)的流量為32～3 000 m3/h。

壓載水處理系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、布置緊湊等特征。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計方案,不僅使結(jié)構(gòu)緊湊,而且因管道工程的縮減使安裝更加簡單。模塊化裝置所占空間小,適用于空間受限的小型船舶,零部件可靠性程度高,故障率低。壓載水處理系統(tǒng)采用紫外線殺菌器,相比化學(xué)處理工藝,對船舶自身不會造成污染和腐蝕,在很大程度上有利于船舶的日常保養(yǎng)和維護。

4 結(jié)束語

《船舶壓載水和沉積物控制與管理規(guī)則》強制要求船舶配備壓載水處理系統(tǒng),市場需求成為壓載水處理系統(tǒng)生產(chǎn)廠商加快研發(fā)和擴大產(chǎn)能的動力,進而促進壓載水處理系統(tǒng)在技術(shù)方面不斷進步。各國履行《船舶壓載水和沉積物控制與管理規(guī)則》,可以有效防止外來有害水生物通過船舶壓載水轉(zhuǎn)移造成生態(tài)危機,從而避免外來有害水生物對沿海海洋生態(tài)環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的損害。船舶壓載水是外來有害水生物轉(zhuǎn)移的一個重要途徑,因此各國應(yīng)該采取應(yīng)對措施,做好預(yù)防工作。壓載水處理系統(tǒng)在這樣的背景下得到快速發(fā)展,同時也存在一些問題,如船上發(fā)電機負荷不足、船舶操控性能受到影響等。可見,壓載水處理系統(tǒng)在船舶工業(yè)中取得成績和進步的同時,仍然面臨著眾多技術(shù)上的挑戰(zhàn)。壓載水處理系統(tǒng)在船舶工程中的應(yīng)用任重而道遠,需要造船人繼續(xù)孜孜不倦的努力。