國內外船舶壓載水處理技術現(xiàn)狀分析

陳華

摘要：船舶壓載水有著較高的風險，其處理技術受到國內外相關行業(yè)、學者的重點關注與研發(fā)?；诖?，本文闡述了物理處理技術、化學處理技術、機械分離技術、船舶壓載水的置換、加熱電解法這些國內外船舶壓載水處理的關鍵技術，同時分析了國內外船舶壓載水處理系統(tǒng)的開發(fā)與研究現(xiàn)狀，為相關從業(yè)人員提供參考。

Abstract： Ship ballast water has a high risk， and its treatment technology has received the attention and research and development of related industries and scholars at home and abroad. Based on this， this article describes the key technologies of domestic and international ship ballast water treatment， including physical treatment technology， chemical treatment technology， mechanical separation technology， ship ballast water replacement and heating electrolysis， and analyzes the development and research status of the domestic and foreign ship ballast water treatment system to provide reference for relevant practitioners.

關鍵詞：船舶壓載水;滅活處理;加熱電解法

Key words： ship ballast water;inactivation treatment;heating electrolysis

中圖分類號：U667? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）11-0229-02

0? 引言

在2004年，國際海事組織在國際船舶壓載水管理大會通過了《國際船舶壓載水及其沉積物控制和管理公約》，強調了對船舶壓載水的全面管制，并提出了壓載水更換標準、壓載水處理的生物與衛(wèi)生標準等要求。在該公約的指導與管理下，國內外均展開了對船舶壓載水處理的探究，并形成了多種有效方法。

1? 船舶壓載水的概述

船舶壓載水主要指的是為控制船舶橫傾、縱傾、吃水、穩(wěn)性或應力而加裝到船上的水及懸浮物質[1]。對于船舶壓載水而言，其中含有大量生物，包括浮游生物、微生物、細菌甚至是小型魚類以及各種物種的卵、幼體或孢子，在這些生物中，一部分會在跟隨船舶航行的過程中因為無法適應溫度、鹽度等因素的變化而死亡，而還有一部分則能夠生存下來，并最終隨著船舶壓載水排入新的環(huán)境中。通過這樣的方式，一個水域中的生物會隨著后船舶航行進入另一個水域生長繁殖，對相應地區(qū)的水文生態(tài)即周邊環(huán)境產(chǎn)生較大影響，情況嚴重時甚至會導致相應地區(qū)的物種滅絕。

由此可以看出，船載壓載水具有極高的風險，當前已然被全球環(huán)境基金組織列為危害海洋的四大威脅之一，需要進行及時的、徹底的處理。

2? 國內外船舶壓載水處理的關鍵技術分析

2.1 物理處理技術

第一，加熱處理法。在40-45℃的條件下，能夠完成船舶壓載水中有害生物的滅活，且低溫長時間處理比高溫短時間處理的滅活效果更好。在38-50℃的條件下，維持相應溫度處理2-4小時，能夠實現(xiàn)船舶壓載水中大部分生物的滅活，但是，若是其中的生物以休眠孢子的形式存在，則要進一步提升處理溫度，且滅活效果相對一般。

第二，紫外線處理法。在240-260nm處的紫外線有著較好的滅活效果，實踐發(fā)現(xiàn)，253.7nm處的紫外線能夠對壓載水中多數(shù)病原體與生物實現(xiàn)滅活處理。但是在實際的應用中，由于壓載水中包含大量懸浮物以及溶解性有機物，不僅會遮擋紫外線對其中病原體與生物的照射，還會一定程度的吸收紫外線（特別是波長為254nm的紫外線），所以會導致紫外線滅活處理的效果下降。此時，必須對壓載水進行預處理才能保證滅活效果。另外，若是壓載水中的鐵元素含量較大，極易在石英燈管的位置聚集，因此也會造成紫外線滅活處理的效果不理想。

第三，超聲波處理。依托超聲波產(chǎn)生的間接反映能夠實現(xiàn)壓載水中多種生物的滅活處理，是一種使用時間較長的壓載水處理方法。對于超聲波來說，其能夠產(chǎn)生熱量、壓力波的偏向，以此形成真空或是半真空的狀態(tài)，以此讓壓載水中的生物處于脫氧狀態(tài)最終死亡。但是，超聲波處理不僅會產(chǎn)生噪音，還會一定程度的損傷船舶以及人員健康，并不是一種最理想的壓載水處理方法。

2.2 化學處理技術

第一，氯化處理。在待處理的壓載水中直接加入氯或是次氯酸即可達到水中生物滅活的效果。實踐表明，在壓載水中加入次氯酸鈉，并以1、3、5、10ppm有效氯處理，能夠達到較高的生物滅活效果。此時，得到的最大水生物（海洋浮游動物與浮游植物）死亡率為76.8%;在有效氯濃度不同的條件下，獲得的滅活效率差異不大，與最大死亡率之間的差距均在5%以內。

第二，臭氧處理。臭氧的穩(wěn)定性較低但是氧化性極強，能夠迅速完成壓載水中病毒與細菌的滅活，包括難以滅活的孢子。在水質較好的條件下，使用1-2mg/L的臭氧與壓載水接觸5-10分鐘即能夠達到相對理想的滅活效果;在水質較差的條件下，需要增加臭氧的濃度。在實踐中要注意的是，當pH值較大時，臭氧的滅活效率下降;當pH值穩(wěn)定在6.5-8.0之間時，臭氧的反應效果更穩(wěn)定，滅活效果更好。

第三，Seakleen處理。美國研究人員在天然物質中提取出了一種天然殺蟲劑成分，并命名為Seakleen。該物質能夠實現(xiàn)壓載水中浮游甲殼類生物、雙殼類生物幼體、水蚤、弧菌、魚幼體與卵、雙鞭毛藻及其孢子等生物的滅活處理[2]。

2.3 機械分離技術

該方法主要用于壓載水的深加工預處理，相比于其他處理方法來說，機械分離的操作更為簡單，且加工能力較強。在機械分離中，關鍵技術包括高流速、過濾、稀釋、旋流分離、浮選沉淀等，對海洋生態(tài)環(huán)境造成的負面影響更低。其中，過濾與旋流分離為較為常用的機械分離技術。

對于過濾來說，可以有效除去壓載水中的病原體與生物，使用的濾網(wǎng)網(wǎng)目越多，處理效果就更好。實踐表明，依托過濾處理，能夠去除壓載水中的微米級浮游生物93%、去除皮米級浮游生物100%、去除納米級浮游生物62%。

對于旋流分離來說，主要依托水流在管線中高速流動所形成的分離作用實現(xiàn)壓載水中生物的去除。實踐表明，當旋流分離器的運行流量為200m3/h時，壓載水中40μm以上的微生物均可得到有效濾除。

2.4 其他處理技術

2.4.1 船舶壓載水的置換

第一，排空法。對所有壓載艙內的壓載水進行逐一的排空處理，并重新注入海洋水。該方法的實施要點在于逐一排空而非一次性排空。若使用一次性排空與新海洋水注入，能夠更新原有壓載水的95%，其中依舊存在約25%的原壓載水生物，引起不良后果的風險較大，而使用逐一排空的方式就能夠避免這一問題的發(fā)生。在使用排空法處理壓載水時，要實時監(jiān)控、維持船舶的穩(wěn)定性和吃水差，避免對船舶的固有剪力和彎產(chǎn)生負面影響。另外，為了保證船舶運行的安全性，在惡劣的天氣條件下不應使用排空法。

第二，注入頂出法。在壓載艙的底部吸入海洋水，并在壓載艙的頂部排出壓載水，兩項操作同時展開。該方法支持下，0.5倍艙容更新39.2%;0.5倍艙容更新86.5%;2倍艙容更新95%[3]。但是，該方法在實際使用中受到一定的限制，例如管路與水艙設計情況等。

第三，巴西稀釋法。與注入頂出法相反，需在壓載艙底部排出壓載水，并同時在頂部注入海洋水。該方法能夠更好的帶動艙內沉積物流出，避免在寒冷天氣條件下出現(xiàn)甲板結冰的問題，壓載水處理效果更好。

2.4.2 加熱電解法

我國在船舶壓載水處理領域的主要研究方向為電解法，且經(jīng)過長時間的研究論證，已經(jīng)取得了國際社會的認可。在實踐中，壓載水流入熱交換器實現(xiàn)加熱;經(jīng)過加熱處理后的壓載水流入過濾器，剔除了其中包含的大顆粒物;過濾后進入壓載水泵，在旋流分離器的支持下實現(xiàn)分離，并在保持固定流速的條件下經(jīng)過電解發(fā)生器;整流器促使交流電向直流電轉變，為電解發(fā)生器提供電能，完成對壓載水電解速度的調整;經(jīng)過電解處理后的海水回流至壓載艙，其中殘留的病菌、藻類能夠在氯的支持下完成殺除。

實踐結果表明，直接電解原壓載水并結合氯處理，能夠殺滅4種藻類，總殺滅率為72%，細菌殺滅率達到99.99%，且可以同時殺滅纖毛蟲;用電解法配合氯處理，接觸48小時后壓載水中鹵蟲的殺滅率高于95%;接觸24小時后生物活體的殺滅率達到95%，在提升氯處理濃度的條件下，接觸12小時后壓載水中生物活體的殺滅率達到99.99%。

3? 國內外船舶壓載水處理系統(tǒng)的開發(fā)與研究

船舶壓載水的主要作用在于維護船舶運行的安全性與穩(wěn)定性，具體實現(xiàn)了提升空艙的適航性、結合對船體變形的控制以降低船體的震動。以對海洋環(huán)境的污染為切入點，可以將船舶壓載水劃分為兩種類型，即貨艙壓載水與油罐壓載水。而貨艙的清洗劑與油罐壓載水排除后，均會對海洋環(huán)境產(chǎn)生影響，且影響程度不盡相同。

在形成《國際船舶壓載水及其沉積物控制和管理公約》的背景下，世界范圍內提升了對船舶壓載水的管制，也相繼開發(fā)出了多種壓載水處理系統(tǒng)，至今為止具有相應處理功能的系統(tǒng)總數(shù)超過六十。其中，比較具有代表性的壓載水處理系統(tǒng)有日本日立Clear壓載系統(tǒng)、瑞典 Alfa Laval Pure壓載系統(tǒng)、韓國Techcross Electro Clean系統(tǒng)等[4]。

相比較來說，我國加入該公約的時間較短，壓載水處理系統(tǒng)的研發(fā)工作起步較慢，不及其他發(fā)達國家的研究先進性?，F(xiàn)階段，上海海洋大學的船舶壓載水檢測實驗室成為中國唯一具有多重資質、專業(yè)從事船舶壓載水研究和第三方檢測的資質實驗室，且該船舶壓載水檢測實驗室獲得了USCG認可資質（2019年）。目前，已開展了系統(tǒng)的到港船舶壓載水檢測和壓載水管理系統(tǒng)型式認可測試工作，在國內外具有廣泛的影響。在2018年，我國提出的《電解法壓載水管理系統(tǒng)的健康和風險評估》和《電解法壓載水管理系統(tǒng)的氫氣安全措施》兩項國際標準草案（基于青島雙瑞海洋環(huán)境工程股份有限公司、中國船舶重工集團公司七一四研究所等單位在國內多年科研攻關和裝備研制的基礎上提出），順利通過國際標準化組織（ISO）立項，成為電解法船舶壓載水處理領域首批國際標準項目?？傮w來看，我國船舶壓載水處理系統(tǒng)逐步贏得國際市場主導權，相應的品牌影響力在全球船舶和航運界明顯增強。

4? 總結

綜上所述，對船舶壓載水進行有效處理是保證各國海洋生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定的重要手段，當前常用的處理技術包括物理處理技術、化學處理技術、機械分離技術、船舶壓載水的置換、加熱電解法。同時，國內外相關企業(yè)、學者積極展開了船舶壓載水處理系統(tǒng)的開發(fā)與研究，并取得了較好成果。特別是我國提出的加熱電解法獲得了國際認證，推動了我國船舶行業(yè)國際影響力的提升。

參考文獻：

[1]趙維一.船舶壓載水處理裝置裝船類型原理分析及PSC檢查探討[J].中國設備工程，2019（16）：131-133.

[2]李凱，胡以懷，方云虎，等.免處理的船舶壓載水系統(tǒng)液位自動調節(jié)裝置[J].造船技術，2019（02）：62-67，72.

[3]何德濤.國內外船舶壓載水處理技術現(xiàn)狀分析[J].科學技術創(chuàng)新，2019（06）：4-5.

[4]侯月暉，馮麗娟，張大海，等.船舶壓載水處理方法研究進展及應用[J].環(huán)境科學導刊，2018，37（S1）：90-94.