船舶壓載水處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用

徐 飛，徐 歡，沈 翔

（上海江南造船有限責(zé)任公司江南研究院，上海 201913）

0 引言

所謂“船舶壓載水”，主要是指加裝于船舶內(nèi)的水或者懸浮物質(zhì)，用以對(duì)船舶應(yīng)力、吃水、縱傾以及橫傾等進(jìn)行控制。壓載水內(nèi)包含很多的生物，主要有微生物、浮游生物以及細(xì)菌等，這些生物在船舶行駛時(shí)由于難以適應(yīng)鹽度、溫度等外部環(huán)境的改變而出現(xiàn)死亡，然而有些仍可存活下來(lái)，最后就會(huì)進(jìn)入到全新的水環(huán)境中，從而導(dǎo)致物種入侵問(wèn)題[1]。

1 船舶壓載水處理要求

2004 年2 月，IMO 發(fā)布了《關(guān)于船舶壓載水及其沉積物管理和控制的國(guó)際公約》（以下簡(jiǎn)稱“《公約》”），使得船舶壓載水處理及管理可“有據(jù)可依”。現(xiàn)階段，船舶壓載水管理常見(jiàn)形式有壓載水處理及壓載水置換。從《公約》角度來(lái)看，壓載水置換屬于過(guò)渡性的管理方式，而最后應(yīng)對(duì)將要加裝于船舶內(nèi)的壓載水加以處理同時(shí)滿足“D-2 標(biāo)準(zhǔn)”以后，才能夠向外排放。當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的重要渠道是在船舶中加裝BWMS 系統(tǒng)，用以對(duì)壓載水實(shí)施處理。BWMS 型式認(rèn)可應(yīng)經(jīng)主管機(jī)關(guān)按照IMO 制定的《壓載水管理系統(tǒng)認(rèn)可導(dǎo)則》（G8 導(dǎo)則）進(jìn)行。如果BWMS 是使用活性物質(zhì)進(jìn)行生物滅殺，則還應(yīng)獲得IMO 基于《使用活性物質(zhì)的壓載水管理系統(tǒng)的認(rèn)可程序》（G9 導(dǎo)則）的最后批準(zhǔn)。按照相關(guān)數(shù)據(jù)可知，截止2014 年底，全球共計(jì)有44 個(gè)國(guó)家認(rèn)可《公約》，在全球商船總噸位中所占的比重為32.86%；有30 多個(gè)國(guó)家還未滿足生效要求。

2 船舶壓載水處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

船舶壓載水的重要功能在于確保船舶航行的安全性及穩(wěn)定性，其目標(biāo)主要包括：對(duì)船體形變進(jìn)行控制，大大降低船體震動(dòng)的幅度；對(duì)船舶的重心進(jìn)行控制；加強(qiáng)船舶空艙的適航性。根據(jù)對(duì)海洋環(huán)境污染程度的不同，船舶壓載水主要有貨艙壓載水與油罐壓載水2 種不同的形式。貨艙或者壓載水向外排出的洗滌水有一定毒性，其主要是由化學(xué)船舶造成的。被排放于海洋內(nèi)的有毒物質(zhì)在化學(xué)與物理性質(zhì)方面有著很大的不同，其所造成的影響也完全不同[2]。壓載水排放出的物質(zhì)部分會(huì)懸浮于水面上，部分會(huì)沉落在海底；部分快速消失在海中，部分極易與海水當(dāng)中的物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)。根據(jù)《公約》可知，對(duì)于船舶壓載水的處置應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守“效率、安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、可操作”的基本原則?，F(xiàn)階段，全球各個(gè)國(guó)家已經(jīng)成功研發(fā)出60 余種不同的系統(tǒng)，主要有韓國(guó)的“Techcross E1ectro Clean 系統(tǒng)”、瑞典的“Alfa Laval Pure 壓載系統(tǒng)”以及日本的“日立Clear 壓載系統(tǒng)”等。我國(guó)在壓載水處理系統(tǒng)方面的探索、實(shí)踐起步相對(duì)較遲，當(dāng)前國(guó)內(nèi)從事此項(xiàng)研發(fā)的企事業(yè)單位主要有大連海事大學(xué)、清華大學(xué)、中遠(yuǎn)集團(tuán)、青島雙瑞公司以及青島海德威等。除此以外，國(guó)內(nèi)部分造船企業(yè)正抓緊對(duì)壓載水處理系統(tǒng)的研制及調(diào)試，在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中保持優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前，船舶壓載水造成的物種入侵問(wèn)題已引起全球各個(gè)國(guó)家的高度重視；與此同時(shí)，全球各國(guó)在船舶壓載水處理設(shè)備及技術(shù)方面均投入了巨大的物力、人力等資源。即使當(dāng)前我國(guó)大連海事大學(xué)、上海海事大學(xué)等科研組織同樣在對(duì)壓載水處理系統(tǒng)實(shí)施研制，然而依然處在方法研究及技術(shù)選取的最初階段。目前，全球可用于對(duì)船舶壓載水進(jìn)行處理的技術(shù)主要有30 余種，主要包含機(jī)械法、化學(xué)法以及物理法等。

3 船舶壓載水處理技術(shù)的應(yīng)用

3.1 物理法

1）過(guò)濾法

此方法是采用過(guò)濾設(shè)備將海水當(dāng)中的微生物以及其他污染物過(guò)濾掉。過(guò)濾法能夠直接過(guò)濾去除部分物質(zhì)，使用合理的網(wǎng)目，能夠高效過(guò)濾各式各樣的生物種群?，F(xiàn)階段，已研制投用的過(guò)濾方式主要有納濾、超濾等相關(guān)膜件。過(guò)濾法具有機(jī)理簡(jiǎn)單、成本較低以及安裝便利等諸多優(yōu)勢(shì)。過(guò)濾法被業(yè)界視作對(duì)環(huán)境影響最小的壓載水處理技術(shù)，然而在大型結(jié)構(gòu)船舶當(dāng)中難以對(duì)大量的壓載水進(jìn)行處理，其處理效果十分有限，很難單獨(dú)對(duì)船舶壓載水進(jìn)行處理。

2）旋流分離法

此方法是運(yùn)用水流在管道中快速流通形成的分離力，將液體當(dāng)中的水與固體物質(zhì)相互區(qū)分開(kāi)。此類(lèi)方法能夠排除壓載水中大部分的植物、細(xì)胞動(dòng)物、幼蟲(chóng)、卵以及有毒害作用的病原體細(xì)菌，然而很難去除比重與海水較為類(lèi)似的生物，大大影響最后的處理效果。

3）加熱法

此方法主要是將海水的溫度加熱至38℃～45℃，同時(shí)維持相應(yīng)的時(shí)間，能夠消滅壓載水中大多數(shù)的水生物。通過(guò)柴油機(jī)冷卻水的余熱對(duì)壓載水進(jìn)行加溫，從而實(shí)現(xiàn)消滅水中有害生物的目標(biāo)，還能夠科學(xué)使用能量，并不會(huì)導(dǎo)致重復(fù)污染。然而，此方法的應(yīng)用受壓載水總量、航行路程以及溫度等各類(lèi)因素的影響，同時(shí)在海水溫度超過(guò)50℃后，則會(huì)析出很多鹽分，產(chǎn)生積垢對(duì)船艙造成腐蝕。

3.2 化學(xué)法

1）氯化法

其主要是向壓載水當(dāng)中加入氯氣、次氯酸以及二氧化氯等包含氯的藥物用以對(duì)壓載水中的微生物進(jìn)行滅殺。各類(lèi)海洋生物對(duì)含氯藥物有著差異化的耐受程度，濃度為20%的含氯藥物基本上可以消滅所有的細(xì)菌，針對(duì)耐受性較強(qiáng)的浮游類(lèi)生物，則需更高的濃度才可將其滅殺。

2）電解法

電解法的主要機(jī)理如下：經(jīng)過(guò)電解反應(yīng)在陽(yáng)極上發(fā)生氯化反應(yīng)、在陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，從而將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變成無(wú)害物質(zhì)。此方法能夠消滅船舶壓載水當(dāng)中大部分的病原體微生物、水生物以及細(xì)菌等。然而，在電解環(huán)節(jié)形成的HCLO、CLO-以及其他的氯化副產(chǎn)物能夠與船艙的金屬材料產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致船艙的嚴(yán)重腐蝕。

3）磁化法

其主要是在通電線圈或者永磁設(shè)備的作用下形成相應(yīng)通量的磁場(chǎng)，從而使得水的鹽度、酸堿度等特征發(fā)生變化，限制水內(nèi)貝類(lèi)、海藻以及魚(yú)類(lèi)等有害物質(zhì)的發(fā)育、生長(zhǎng)；磁場(chǎng)還能夠使得生物本身的組分發(fā)生變化，有利于殺滅有害生物，特別是在殺滅斑馬貝等鈣質(zhì)類(lèi)動(dòng)物時(shí)效果顯著。磁化法具有成本費(fèi)用低廉、運(yùn)行能源消耗較小、設(shè)備維?？旖荼憷?，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶壓載水“安全、無(wú)害”的處理[3]。

3.3 壓載水處理設(shè)備的應(yīng)用

伴隨《公約》的全面貫徹、執(zhí)行，船舶制造企業(yè)不僅需要在新造船舶中安裝壓載水處理系統(tǒng)，同時(shí)應(yīng)分批次對(duì)現(xiàn)有舊船開(kāi)展壓載水處理設(shè)備的加裝，然而任何壓載水處理設(shè)備的安裝使用都應(yīng)通過(guò)相應(yīng)船級(jí)社的認(rèn)可及IMO 的批準(zhǔn)?，F(xiàn)階段，我國(guó)只有1 家單位得到了船級(jí)社型式認(rèn)可證書(shū)以及IMO的最終批準(zhǔn)；在世界上總共大約50 家研制單位中，只有10家單位獲得了IMO 的最終批準(zhǔn)，被許可進(jìn)行市場(chǎng)。從船舶制造企業(yè)角度來(lái)看，需要著重關(guān)注以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：①設(shè)備應(yīng)確保緊湊易于安裝；②對(duì)船舶已有結(jié)構(gòu)不得做較大的調(diào)整，在設(shè)備安裝過(guò)程中盡量少的涉及到其他系統(tǒng)；③盡可能確保設(shè)備運(yùn)作的平穩(wěn)性；④設(shè)備應(yīng)便于安裝、檢測(cè)以及調(diào)試等。其中，最為關(guān)鍵的是對(duì)壓載水系統(tǒng)的管系布置有著更加高的需求，應(yīng)結(jié)合壓載水總量的實(shí)際情況以選取對(duì)應(yīng)的壓載水處理設(shè)備排量，尋找合理的空間以組裝壓載水處理設(shè)備，同時(shí)盡可能選擇總管式，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的共用性，并且管系布置應(yīng)在充分結(jié)合無(wú)壓載水處理需求的基礎(chǔ)上注重壓載水的日常注排效用，為壓載水處理設(shè)備安排專門(mén)的旁通管路。所以，對(duì)于壓載水處理設(shè)備的選擇、使用，應(yīng)當(dāng)全面考慮船舶本身的特征及其功能訴求，整體分析加裝壓載水處理設(shè)備或許會(huì)對(duì)船舶綜合設(shè)計(jì)造成的影響，同時(shí)采用對(duì)應(yīng)的手段，不僅有利于實(shí)現(xiàn)船舶環(huán)境保護(hù)的要求，同時(shí)還能夠?qū)⑵鋵?duì)船舶穩(wěn)定運(yùn)行造成的影響控制在最低水平。

4 結(jié)語(yǔ)

伴隨船舶壓載水管理力度的不斷加大，各大造船企業(yè)都高度重視對(duì)壓載水處理技術(shù)的使用，然而針對(duì)船舶壓載水處理技術(shù)應(yīng)按照具體狀況不斷創(chuàng)新、優(yōu)化，從根本上加強(qiáng)壓載水處理能力，切實(shí)保護(hù)好海洋環(huán)境。