船舶壓載水處理系統(tǒng)研究報(bào)告

謝浩武 中遠(yuǎn)海運(yùn)特種運(yùn)輸股份有限公司

1.《壓載水公約》的有關(guān)要件

1.1 公約發(fā)展概況

隨著海運(yùn)貿(mào)易的發(fā)展，由壓載水帶來的生態(tài)入侵被全球環(huán)境基金組織(GEF)確認(rèn)為當(dāng)前危害海洋的四大威脅之一。

1992年聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)(UNCED)和2002年世界可持續(xù)發(fā)展峰會(huì)(WSSD)要求IMO制定具有法律約束性的《壓載水公約》。

壓載水公約(包括文本、規(guī)則、導(dǎo)則)于2004年在IMO外交會(huì)議上最終通過。

2015年，基于公約生效前存在的取樣等問題，IMO決定對(duì)壓載水公約引入“經(jīng)驗(yàn)積累期”，決定在公約生效后的一段時(shí)間內(nèi)，主管機(jī)關(guān)不應(yīng)基于壓載水取樣結(jié)果進(jìn)行處罰。

2016.9.8 《壓載水公約》締約國(guó)商船總噸位所占比例為35.14%，加上芬蘭的加入，使本公約達(dá)到生效條件的國(guó)家數(shù)量達(dá)到52個(gè)(總噸位所占比例超過35%，超過30個(gè)國(guó)家)將在1年后正式生效。

2017.7，MEPC71將現(xiàn)有船舶壓載水排放標(biāo)準(zhǔn)（D-2）的實(shí)施時(shí)間推遲兩年。

2017.9.8，壓載水公約生效。我國(guó)還沒有加入，不能享受公約的優(yōu)惠原則。

2018.10，中國(guó)遞交文書，公約將于2019.1.22對(duì)我國(guó)生效。屆時(shí)，按照《壓載水公約》，我國(guó)海事機(jī)構(gòu)可以開展檢查。我國(guó)《壓載水公約》的“經(jīng)驗(yàn)積累期”為2019.1.22-2023.12.31。在經(jīng)驗(yàn)積累期內(nèi)，不因試驗(yàn)?zāi)康牡娜映瑯?biāo)進(jìn)行處罰。

1.2 D-1 壓載水置換標(biāo)準(zhǔn)

《公約》對(duì)更換壓載水的標(biāo)準(zhǔn)作了明確規(guī)定，即D-1標(biāo)準(zhǔn)：換水量達(dá)到壓載水量的95%、排水量3倍的200海里/200米水深或指定區(qū)域(《公約》生效前和生效后是船舶安裝壓載水管理系統(tǒng)BW M S前應(yīng)采用的壓載水處理標(biāo)準(zhǔn))；本條標(biāo)準(zhǔn)的船舶壓載水體積交換效率應(yīng)至少為95%，每座壓載水艙容積應(yīng)大于3 倍，采用泵透（含溢流法Flow-throughmethod和稀釋法Dilutionmethod）換裝壓載水的船舶，如船舶能證明達(dá)到95%的體積交換也可接受。開始強(qiáng)制實(shí)施D-2標(biāo)準(zhǔn)之前，將有一段只要求符合D-1標(biāo)準(zhǔn)的過渡期。

1.3 D-2 壓載水處理標(biāo)準(zhǔn)

《公約》明確規(guī)定壓載水的（D-2標(biāo)準(zhǔn)），即規(guī)定了可以在水中生存的生物種類和數(shù)量。D-2標(biāo)準(zhǔn)解讀見表1。

表1 D-2標(biāo)準(zhǔn)

1.4 D-2標(biāo)準(zhǔn)生效日的詮釋

《壓載水公約》中對(duì)船舶的要求是必須滿足D2標(biāo)準(zhǔn)才能排放經(jīng)過處理的壓載水，而D2標(biāo)準(zhǔn)的生效并不以《公約》生效為前提。這是因?yàn)殡m然公約的生效日期是不確定的，但是公約中D2標(biāo)準(zhǔn)的生效日是明確規(guī)定了各種類型的船舶，并且該條款具有可追溯性，這就意味著船舶安裝滿足D2標(biāo)準(zhǔn)壓載水管理系統(tǒng)的要求是強(qiáng)制性的，因此船舶，特別是新造船舶在設(shè)計(jì)船舶時(shí)必須考慮這一要求，無論該公約是否生效，無論締約國(guó)是否生效。

IMO標(biāo)準(zhǔn)下，不同建造年份和壓載艙容積的船舶相適用情況，如表2所示。

表2 不同建造年份和壓載艙容積的船舶相適用情況

各類型船舶相對(duì)于IMO標(biāo)準(zhǔn)的適用情況的解釋如下：①2009年建造的最遲于2011年12月31日達(dá)到D-2標(biāo)準(zhǔn)的壓載艙容積小于5000M3的船舶。②2016年以前，在滿足D-1標(biāo)準(zhǔn)的條件下，特定建造年限和壓載艙尺寸的船舶，允許在一定期限內(nèi)以等效的壓載水處理方式更換壓載水。③2016年以后適用于全部公約的船舶，必須滿足D-2標(biāo)準(zhǔn)。

2.典型壓載水系統(tǒng)（BWMS）

2.1 概述

典型處理系統(tǒng)（BW MS）的組成，如表3所示。

表3 處理系統(tǒng)(BWMS)的典型零部件

各處理系統(tǒng)各有特點(diǎn)，如淡水壓載水不能使用電解海水法處理裝置；濁度大的壓載水不能使用紫外線法處理；采用化學(xué)殺滅劑和脫氧法通常受泵流率的影響并不太大，而主要是讓壓載水在艙內(nèi)保存時(shí)間達(dá)到預(yù)計(jì)殺滅率，這種方法可能不適用于航程較短的船舶。

綜合以上種種原因，目前能適用于所有船只的處理系統(tǒng)幾乎沒有。許多處理系統(tǒng)是將兩種或更多的技術(shù)組合在一起，以便更好地發(fā)揮各種壓載水處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，避免缺點(diǎn)。

各壓載水處理系統(tǒng)都有其基本特性，即在一定程度上影響了處理系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。基本的處理方法和技術(shù)可分為：機(jī)械法(過濾或分離)，物理消毒法(紫外線照射，氣穴現(xiàn)象，脫氧等)，化學(xué)處理法(抗微生物劑和藥劑)。各技術(shù)的自身特性對(duì)某一具體船舶的適用性都會(huì)產(chǎn)生影響。大多數(shù)的加工系統(tǒng)是為了克服單一技術(shù)的不足而采用上述技術(shù)組合而成的。

1）機(jī)械法：要求在濾清器、旋轉(zhuǎn)器或其它分離器上流過所有的壓載水。大流量的壓載水處理對(duì)設(shè)備的尺寸要求是相對(duì)較大的。若用于壓載水外排，船內(nèi)必須保留大量濾渣，會(huì)加重船舶負(fù)擔(dān)。

2）物理殺菌法：通常在壓載水被打進(jìn)排出時(shí)進(jìn)行紫外線處理，水的濁度會(huì)影響光線的穿透能力，而水的濁度又會(huì)影響其有效性。

3）化學(xué)處理：加藥量要適量，作用時(shí)間短，但過量的藥物會(huì)殘留在壓載艙內(nèi)，所以為了保證不對(duì)排放環(huán)境造成傷害，通常需要中和處理水中的藥物。此外，如果藥物在壓艙內(nèi)濃度過高，也有可能對(duì)壓艙壁產(chǎn)生腐蝕作用。

2.2 預(yù)處理設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比（見表4）

表4 預(yù)處理設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)

不同船型所使用的壓載水處理裝置的制造廠家不同，所使用的預(yù)處理設(shè)備也不同，因預(yù)處理可以有效地減少沉積物，其優(yōu)點(diǎn)如下：①防止沉積物堆積在壓載艙內(nèi)；②減少機(jī)艙堆積物，提高載重量；③降低油耗。

2.3 殺菌設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

除菌設(shè)備優(yōu)劣對(duì)比，見表5。

表5 殺菌設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)

2.4 壓載水處理系統(tǒng)類型

壓載水處理系統(tǒng)可根據(jù)壓載水安裝、貯存、排放過程中處理階段的不同，將其分為前部分處理(壓載水安裝時(shí)處理)、中間部分處理(壓載艙內(nèi)處理)、后部處理(排放時(shí)處理)和這幾種處理方式相結(jié)合的處理方式。壓載水的過濾措施幾乎所有的處理系統(tǒng)都是首先采用的，但一般只能通過過濾去除大的有機(jī)物和雜質(zhì)，對(duì)水生物不能起到殺滅作用，所以過濾對(duì)于壓載水處理系統(tǒng)來說只能是一種常見的輔助手段。

2.5 處理方式的分類

經(jīng)IMO認(rèn)可的有7種處理方法：

1）過濾法。將棲息在海水中的微生物等用過濾器過濾掉，這是最常規(guī)的一種處理手段。浮游生物等微生物如濾網(wǎng)較小也可除去，但也會(huì)引起濾網(wǎng)堵塞，清潔工作需要經(jīng)常進(jìn)行。此外，若使用過小的濾網(wǎng)，會(huì)對(duì)水流速度造成影響，所以限制了網(wǎng)眼的尺寸。目前在大型海洋生物去除的前期處理工作中，大多采用過濾器的方法來處理剛被吸收的海水。

2）空氣氣泡及流體壓強(qiáng)。這種方法和過濾處理法一樣，都是在管路中設(shè)置過濾裝置，但不同的是，它安裝的是板狀過濾裝置，板與板之間有一個(gè)微小的空隙，會(huì)將經(jīng)過空隙的海洋生物剪斷或壓碎。雖然由于是在管路中設(shè)置影響流速的設(shè)備，因此需要加大將海水送至壓載水艙的壓力，所以并不會(huì)造成堵塞現(xiàn)象。

3）機(jī)械加工方式。這種方法是先預(yù)處理剛吸收的壓載水，在水中放入凝結(jié)劑或磁粉，使微生物凝結(jié)成直徑約1mm的微粒，再經(jīng)過磁鐵過濾或?yàn)V網(wǎng)(magnetic)進(jìn)行處理。該方法可以看作是一種由于需要經(jīng)過機(jī)械處理過程，因此需要一定的設(shè)備空間，因此從過濾處理方法演化而來的方法。此外，細(xì)菌在凝結(jié)過程中，不需要注入化學(xué)試劑殺滅病原體，但微生物除外，細(xì)菌也會(huì)凝結(jié)成顆粒。

4）紫外線處理方法。被紫外線直接照射的生物或細(xì)菌會(huì)使DNA遭到破壞而死亡。利用這一點(diǎn)，通過紫外線照射可以消除水中的微生物、致病菌等。

5）氯化法處理方法。利用氯化物具有與紫外線同樣的殺菌作用。其中二氧化氯、次氯酸鈉、次氯酸鈣等都是可以利用的氯化物。但在使用氯化物殺菌處理壓載水時(shí)會(huì)有殘留物，在排放時(shí)需要將水中氯含量降至安全范圍內(nèi)，否則就會(huì)出現(xiàn)二次污染的問題。

6）臭氧處理法。這種方法是將水中的微生物、病原體等利用臭氧的強(qiáng)氧化特性進(jìn)行殺滅。若配備有臭氧生成裝置，則無需將化學(xué)試劑投入壓載水中，可繼續(xù)處理壓載水。但臭氧不僅對(duì)人體有害，而且對(duì)整個(gè)壓載水系統(tǒng)鏈都有腐蝕的可能，包括壓載水艙都會(huì)受到危害，因此一定要有相應(yīng)的保護(hù)措施。

7）加熱的方法。基本上所有的生物都會(huì)在高溫下滅絕，所以加熱法對(duì)去除水中的微生物和致病菌可以說是非常有效的方法。但大量的載水量要加熱并在短時(shí)間內(nèi)維持一定的溫度，這在大型船舶使用時(shí)是非常困難的。

歸納以上7種處理方法，大致可分為：物理處理法；機(jī)械處理法；化學(xué)處理法；加熱法。

2.6 壓載水處理裝置處理方式優(yōu)劣比較

物理性固體—液體分離處理方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表6，消毒—化學(xué)性與物理性處理方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表7。

表6 物理性固態(tài)-液態(tài)分離處理法優(yōu)劣對(duì)比

表7 消毒—化學(xué)性與物理性處理方法優(yōu)缺點(diǎn)

3.壓載水處理系統(tǒng)常見故障

表8所示是壓載水處理系統(tǒng)常見故障（根據(jù)大量船舶實(shí)際經(jīng)驗(yàn)使用收集）。

表8 常見故障

4.管理的注意事項(xiàng)

（1）壓載艙及管系腐蝕：對(duì)于可能改變壓載水中化學(xué)成分或壓載艙中大氣成分的某些壓載水處理技術(shù)，若操作不當(dāng)，會(huì)對(duì)壓載艙涂層造成破壞，使壓載艙及管系腐蝕加速。

（2）危險(xiǎn)化學(xué)品的儲(chǔ)存：某些種類的壓載水處理系統(tǒng)使用了影響船上作業(yè)人員健康和安全風(fēng)險(xiǎn)的化學(xué)抗生物劑和活性物質(zhì)，如臭氧、雙氧水、二氧化氯和過氧乙酸等化學(xué)物質(zhì)。經(jīng)常在敏感區(qū)域航行的船只要重視，經(jīng)處理后的壓載水應(yīng)符合船舶到達(dá)作業(yè)區(qū)的相關(guān)規(guī)定。因?yàn)榻o操作人員增加了有害物質(zhì)管理的負(fù)擔(dān)，操作人員的技能和訓(xùn)練以及處理安全風(fēng)險(xiǎn)的能力也要考慮進(jìn)去。

（3）處理系統(tǒng)壓降：基本全部壓載水處理系統(tǒng)都會(huì)造成壓載水流量減少，壓力降低。如某些自動(dòng)沖洗濾鏡或旋轉(zhuǎn)器，可能會(huì)使壓頭損失約10%；采用UV除菌技術(shù)的處理系統(tǒng)，會(huì)使壓載水流全部經(jīng)過處理系統(tǒng)，同時(shí)使泵的流量受到背壓增加的影響，從而在消耗更多動(dòng)力的同時(shí)導(dǎo)致壓載運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)。

5.船舶壓載水處理裝置的保養(yǎng)及各部件的生命周期

（1）通過對(duì)壓載水處理裝置各系統(tǒng)的零部件的維護(hù)保養(yǎng)周期和備件的生命周期的大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和收集研究，結(jié)合廠家推薦的數(shù)據(jù)得出，機(jī)械模塊每六月進(jìn)行檢查，2年進(jìn)行更換；電器模塊每月進(jìn)行檢查，2年進(jìn)行更換。

（2）通過對(duì)壓載水處理系統(tǒng)各系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)，歸納總結(jié)，建議常備備件如下所示：

①機(jī)械方面：防塵圈，單筒濾器每二年建議更換1只，多筒根據(jù)濾芯數(shù)量配備＊1；密封圈，單筒濾器每二年建議更換2只，多筒根據(jù)濾芯數(shù)量配備＊2；吸污裝置(吸嘴），建議備用一套濾器備件，建議每次塢修周期更換；各部密封膠圈，建議備用一套濾器檢修包備件；壓差變松器，建議備用1只；濾器濾芯，備用1只。

②電氣方面：系統(tǒng)控制箱內(nèi)繼電器，建議配備1只備用，備件箱內(nèi)有一只；系統(tǒng)控制箱內(nèi)模塊，建議配備1個(gè)模擬量輸入輸出模塊；保險(xiǎn)柜內(nèi)的保險(xiǎn)絲，保險(xiǎn)柜內(nèi)裝有3只；鎮(zhèn)流器，備用2只。

③紫外反應(yīng)器方面：壓力傳感器，備用1只；溫度傳感器，備用1只；光強(qiáng)傳感器，備用1只；紫外燈管，備用數(shù)量根據(jù)實(shí)際設(shè)備而定，使用大約3OOO小時(shí)建議更換；石英套管，備用數(shù)量根據(jù)實(shí)際設(shè)備而定。

④其他：排污泵機(jī)械水封，建議每臺(tái)泵配1只。

以上備件是每臺(tái)搭配的建議數(shù)量，如果船上安裝多臺(tái)設(shè)備，可以在建議數(shù)量的基礎(chǔ)上翻倍。實(shí)際船存數(shù)量請(qǐng)考慮真實(shí)運(yùn)用的實(shí)際情況。

6.結(jié)論和論述

壓載水處理裝置可對(duì)生物污垢的形成和增加進(jìn)行控制和管理，有助于降低入侵水生物種轉(zhuǎn)移所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，是提高船舶能源利用效率和減少排放的有效工具。

不同的處理系統(tǒng)的組合能讓壓載水處理裝置的處理方式更安全、環(huán)保、高效。適用于不同的工作環(huán)境，能更好得達(dá)到處理效果。所以對(duì)不同系統(tǒng)的不同設(shè)備的管理就需要形成清單化，零部件的生命周期到期前盡量更換完成，保證系統(tǒng)隨時(shí)可用，是此文章的主要目的。

作為新開發(fā)的船舶應(yīng)用技術(shù)，壓載水處量系統(tǒng)的可靠性相對(duì)較低，因?yàn)槿狈κ褂媒?jīng)驗(yàn)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)：過濾器、UV燈區(qū)、化學(xué)品投放系統(tǒng)、生成系統(tǒng)的氯或其他化學(xué)品等各種故障。因?yàn)樘幚硐到y(tǒng)是由不同的系統(tǒng)組合而成，相對(duì)來說會(huì)影響到它的可靠性。所以對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)就極其重要，需要嚴(yán)格按照操作手冊(cè)執(zhí)行，再結(jié)合具體船舶的特性進(jìn)行改進(jìn)，按照零部件的生命周期更換易損件。不僅可以減輕操作人員保養(yǎng)負(fù)擔(dān)，設(shè)備的使用故障率也會(huì)降低。