潘 錦 成

（中國船級社上海規(guī)范研究所，上海 200135）

0 引 言

為使船舶壓載水得到有效控制和管理，盡量減少和最終消除因有害水生物和病原體的轉(zhuǎn)移對環(huán)境、人體健康、財(cái)產(chǎn)和資源引起的風(fēng)險(xiǎn)，國際海事組織（IMO）制定并通過了《2004年國際船舶壓載水及其沉積物管理和控制公約》（簡稱公約）。公約最快在 2012年生效，一旦生效，適用船舶的排放壓載水應(yīng)達(dá)到公約規(guī)則D-2條規(guī)定的壓載水性能標(biāo)準(zhǔn)。為此，船舶一般都需要安裝壓載水處理系統(tǒng)對壓載水進(jìn)行處理后，才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)IMO A.1005(25)決議，在2009年或以后建造的適用船舶應(yīng)在其第二個年度檢驗(yàn)之后符合公約規(guī)則D-2條，但最晚不遲于2011年12月31日。雖然公約尚未生效，但由于公約對現(xiàn)有船也有追溯性，這意味著許多船舶都將安裝壓載水處理系統(tǒng)。

1 壓載水處理技術(shù)

1.1 全球壓載水處理系統(tǒng)研發(fā)情況

根據(jù)IMO資料，截止到2010年10月，全球范圍內(nèi)已有 40多種壓載水處理系統(tǒng)被成功開發(fā)或正在研制，其中27個壓載水處理系統(tǒng)獲得IMO基本認(rèn)可，18個壓載水處理系統(tǒng)獲得最終認(rèn)可，10個壓載水處理系統(tǒng)獲得各自主管機(jī)關(guān)的型式認(rèn)可，9種壓載水處理系統(tǒng)已獲得 IMO和/或主管機(jī)關(guān)的所有認(rèn)可。

青島雙瑞防腐工程有限公司開發(fā)的壓載水處理系統(tǒng)和中遠(yuǎn)與清華大學(xué)合作研發(fā)的壓載水處理系統(tǒng)，都已通過了IMO認(rèn)可*和我國主管機(jī)關(guān)的型式認(rèn)可。青島海德威船舶科技有限公司開發(fā)的壓載水處理系統(tǒng)也已通過了 IMO認(rèn)可，目前正在做型式認(rèn)可試驗(yàn)，并可望在今年形成年產(chǎn)100套的生產(chǎn)能力。此外，我國還有幾個廠家計(jì)劃或正在研發(fā)試驗(yàn)壓載水處理系統(tǒng)，在全球競爭中邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

1.2 壓載水處理技術(shù)分析

目前，全球用于壓載水處理系統(tǒng)的技術(shù)多達(dá)十幾種。根據(jù)理化特性的不同，壓載水處理技術(shù)可以分為3類：機(jī)械處理法、化學(xué)處理法和物理處理法。

1.2.1 機(jī)械處理法

機(jī)械處理法通常包括過濾、離心分離等技術(shù)，將壓載水通過濾網(wǎng)/篩子或 “離心分離器”， 濾出雜質(zhì)和有害微生物，實(shí)現(xiàn)固液分離。濾出物將被返回海洋（在壓載過程中進(jìn)行處理），或者儲存到單獨(dú)的艙里（在排放壓載的過程中進(jìn)行處理）。其優(yōu)點(diǎn)是對在一定大小范圍內(nèi)的微生物非常有效。缺點(diǎn)是常出現(xiàn)過濾器的阻塞、收集的殘余物在船上須有殘余物儲存空間并且須處理，以及壓載泵排出阻力增加（壓頭）。這種方法對于較小的病原體無效且整體處理能力有限，不適用于載有大量壓載水的貨船。

1)過濾：采用與擬濾出的微生物尺度相適應(yīng)的濾網(wǎng)或?yàn)V芯（網(wǎng)格尺寸10～50μm之間），一般用于過濾較大尺度的浮游生物。過濾的實(shí)用性主要取決于在給定的操作壓力下獲得的流量，而維持這個流量則要求濾器是均勻清潔的。

2)旋分：利用高速注入的水流形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動產(chǎn)生離心力，使得水中顆粒物質(zhì)分離出來。顆粒物分離的有效性取決于水質(zhì)、顆粒物尺寸、旋轉(zhuǎn)速度和停留時(shí)間。旋分技術(shù)對大顆粒物更加有效，為此有的在旋分前加入絮凝劑使顆粒物凝結(jié)成較大的顆粒。

1.2.2 化學(xué)處理法

化學(xué)處理法通常使用消毒劑或殺蟲劑，在加裝的壓載水中投放消毒劑和/或有機(jī)殺蟲劑，或通過投放添加劑殺滅有害水生物。如氯化法、電解氯、臭氧法、二氧化氯（漂白粉）、過氧乙酸、過氧化氫、維生素K3（殺真菌劑）。其優(yōu)點(diǎn)是對微生物處理非常有效，是目前被廣泛接受的一種方法。缺點(diǎn)是化學(xué)藥劑對船員的健康和安全、對泵和管系以及壓載艙可能產(chǎn)生不利影響。采用化學(xué)處理法還須嚴(yán)格控制對環(huán)境的不利影響。每種化學(xué)物質(zhì)的處理能力（劑量）和目標(biāo)微生物有所不同，必須對處理后的壓載水中的殘余化學(xué)劑進(jìn)行還原消除，如用硫代硫酸鈉去除殘余氯化物等。

1)氧化法：利用臭氧或過氧化氫在環(huán)境中易釋放出新生態(tài)氧，使生物體中的酶變性達(dá)到殺滅的目的。

2)氯化法：利用漂白粉、氯氣及其衍生物分解產(chǎn)生次亞氯酸，進(jìn)一步分解生成新生態(tài)氧和氯氣，通過氧化和氯化作用滅殺生物和細(xì)菌。

1.2.3 物理處理法

物理處理法通過紫外線、超聲波、加熱的方法破壞、抑制微生物和細(xì)菌的存活條件。其優(yōu)點(diǎn)是對微生物處理非常有效，且對環(huán)境無害。缺點(diǎn)是某些微生物不受這種方法的影響，需要附加工作管系。而加熱法，可能對船上裝載的貨物和長期使用的泵及管系存在不利影響。

1)紫外線（UV）滅活技術(shù)：是目前最為廣泛采用的一種方法之一。利用放在石英套管中的汞燈產(chǎn)生不同強(qiáng)度和波長的紫外線，能處理大小不同的微生物。處理范圍較廣，包括病菌及孢子。UV法的最大障礙是對水處理的潔凈度要求高，需要有良好的UV穿透力和干凈的石英套管。水的濁度是UV系統(tǒng)的關(guān)鍵。UV法一般還被輔以其他反應(yīng)劑，如臭氧、過氧化氫或二氧化鈦，可以加強(qiáng)氧化作用。

2)脫氧法：往壓載水中注入惰性氣體，降低壓載水中氧的含量，使微生物窒息死亡。

3)氣穴或超聲法：都是作用于微生物的表面，通過氣穴的破裂破壞細(xì)胞壁，達(dá)到滅活效果。單純超聲法的有效性還沒有被有力地證明，有些系統(tǒng)還同時(shí)采用化學(xué)法達(dá)到生物滅活效果。

4)加熱法：溫度在38～50℃，持續(xù)加熱2～4h，可殺滅大部分生物，但如果生物以休眠孢子形式存在的話，可能不一定殺滅，并在合適的條件下萌發(fā)生長。這樣，就需要更高的溫度才能殺滅。然而，大量壓載水加熱，耗能大，而且溫度過高會加速艙壁銹蝕和設(shè)備損壞等。

2 壓載水處理系統(tǒng)方案

綜上所述，許多處理系統(tǒng)還存在著各種各樣的問題或缺點(diǎn)，如使用電解海水法對淡水壓載水沒有處理能力；使用紫外線法對濁度大的壓載水處理能力有限、再加上某些處理系統(tǒng)的體積過于龐大，功率消耗太大等都制約著處理系統(tǒng)在船舶上應(yīng)用。目前，幾乎沒有一個處理系統(tǒng)對所有類型的船舶都適用。為使船舶壓載水對環(huán)境影響降到最低，保證壓載水排放符合公約要求，在選擇壓載水處理系統(tǒng)時(shí)應(yīng)綜合考慮以下因素：

1)船舶及其營運(yùn)特點(diǎn)；

2)處理技術(shù)；

3)對處理系統(tǒng)一般考慮（認(rèn)可證書等）；

4)系統(tǒng)在船安裝。

2.1 船舶及其營運(yùn)特點(diǎn)

2.1.1 船型及壓載水系統(tǒng)一般特點(diǎn)

大多數(shù)情況下，根據(jù)船舶類型來選擇合適的處理系統(tǒng)?；诖翱倝狠d能力、在任一港口的壓載水排放量和壓載水流量的差異，船型可分成兩組：一組是壓載依賴高的船舶，如油輪和散貨船;另一組是壓載依賴低的船舶，如集裝箱船，雜貨船，游船。還有些船舶不屬于壓載依賴高/低的類別，這些船舶可能包括2個或多個壓載系統(tǒng)，如某些油船常有兩處壓載艙，一處在貨物區(qū)域，另一處在貨艙后，有的船舶還利用噴射器排放壓載水，這類船舶的特點(diǎn)對處理系統(tǒng)的選用也是有影響的。

表1 各船型壓載水艙容及壓載泵排量

2.1.2 壓載水操作

壓載水處理系統(tǒng)的尺寸取決于需要處理的壓載水量及最大流量。同時(shí)需要考慮的是壓載艙內(nèi)沉積物（淤泥）的影響。由于淤泥本身含有入侵物種，會污染打進(jìn)的壓載水，這就需要在壓載水打進(jìn)或排放時(shí)對壓載水進(jìn)行處理。

2.1.3 壓載水特性

水的濁度、鹽度和泥沙含量會影響處理技術(shù)的功效、維護(hù)或者維護(hù)可靠性。如果經(jīng)?？坎吹母劭谒心嗌澈扛呋蛘啕}度低，選擇處理裝置時(shí)，應(yīng)考慮這些因素。

2.1.4 船舶服務(wù)特性

船舶的貿(mào)易航線也是選擇處理裝置的因素之一。例如，某類船舶不在美國排放壓載水，所以就可不必適用美國的相關(guān)法規(guī)，滿足 IMO的相關(guān)規(guī)定即可。對于很少至美國或其他有特殊排放要求區(qū)域的船舶，如果為滿足地方要求則需要采取昂貴的處理措施，可通過壓載水管理手段避免排放或者利用岸上設(shè)施（如有），避免增加額外的處理能力。

2.2 處理技術(shù)因素

各個壓載水處理系統(tǒng)都有其基本特性，這些特性可能會對特定類型、航線或壓載水流量的船舶有一定影響，也即對處理系統(tǒng)的適用性有一定影響。

2.2.1 設(shè)備尺寸和空間要求

不同處理系統(tǒng)的形狀和尺寸差別很大。例如，對于設(shè)計(jì)能力為200m3/h的處理系統(tǒng)，其占地面積約在1～25m2不等，對于設(shè)計(jì)能力2000m3/h的處理系統(tǒng)，約在1～100m2不等。某些處理系統(tǒng)需要從船舶壓載管路上安裝支線管路，這種管路的安裝影響甚至?xí)^處理系統(tǒng)本身的安裝。此外，還應(yīng)考慮給安裝的處理系統(tǒng)留有合適的維護(hù)通道，包括梯子、平臺、照明、吊車軌道、吊眼以及清潔內(nèi)部部件及儲存和處置消耗品的處所，該處所（處所也可以在機(jī)艙外）也需要消防系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)等。

2.2.2 材料、設(shè)備防護(hù)等級及危險(xiǎn)處所

處理裝置及其所用材料的防護(hù)等級（IP等級）和防火等級應(yīng)滿足船級社對其安裝的要求。此外，還需特別注意處理系統(tǒng)安裝在危險(xiǎn)處所時(shí)對設(shè)備的防爆要求，如安裝在貨泵間的設(shè)備必須是安全火花型（EX ia或EX ib），而對安裝在機(jī)艙的設(shè)備，沒有防爆等級要求。

2.2.3 功率要求

有些處理系統(tǒng)功率很大，如紫外線系統(tǒng)、電解系統(tǒng)和脫氧系統(tǒng)在2000m3流量時(shí)，功率消耗可達(dá)150～200kW，也會增加不少操作費(fèi)用。

2.2.4 對壓載艙及管系的腐蝕影響

壓載水處理系統(tǒng)會改變壓載水中化學(xué)成分或者壓載艙中大氣成分，如果設(shè)計(jì)和操作不當(dāng)，會破壞壓載艙涂層，加速壓載艙和管系的腐蝕。

2.2.5 安全和健康（操作和維護(hù)）

使用化學(xué)抗生物劑和其他活性物質(zhì)，將增加船上操作人員健康和安全的風(fēng)險(xiǎn)，包括對環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。對使用活性物質(zhì)，制造商應(yīng)提供材料安全數(shù)據(jù)單（MSDS）,說明儲存和處理程序、處理水的最大濃度和排放時(shí)最大濃度。需要注意的是，各港口當(dāng)局可能對壓載水中活性物質(zhì)的排放濃度要求不一樣，經(jīng)常航行在敏感區(qū)域的船舶在選擇處理系統(tǒng)時(shí)，更應(yīng)注意到這一點(diǎn)。制造商應(yīng)書面確認(rèn)經(jīng)處理的壓載水符合船舶所到區(qū)域的有關(guān)規(guī)定。選擇處理系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)考慮船員的技能培訓(xùn)以及處理風(fēng)險(xiǎn)的能力。

2.3 處理系統(tǒng)一般考慮

選擇壓載水處理系統(tǒng)時(shí)，除考慮船型和處理技術(shù)的特點(diǎn)外，還應(yīng)考慮如下因素：

2.3.1 認(rèn)可證書

壓載水處理系統(tǒng)應(yīng)持有經(jīng)主管機(jī)關(guān)簽發(fā)的型式認(rèn)可證書。

2.3.2 供應(yīng)商的資質(zhì)和信譽(yù)

供應(yīng)商應(yīng)能按時(shí)且保質(zhì)保量提供產(chǎn)品。即使某種型號的產(chǎn)品已經(jīng)過主管機(jī)關(guān)的型式認(rèn)可，但后續(xù)產(chǎn)品的制造質(zhì)量和可靠性可能不得而知，需要繼續(xù)關(guān)注。

2.3.3 維護(hù)要求和系統(tǒng)可靠性

對于使用成熟技術(shù)或船用部件的壓載水處理系統(tǒng)，可很好地評估其可靠性。對于某些新開發(fā)的處理系統(tǒng)，由于缺少工作經(jīng)驗(yàn)，其可靠性可以通過系統(tǒng)的復(fù)雜性來指示，如：濾器、紫外線燈區(qū)域、化學(xué)品投放系統(tǒng)、船員對處理系統(tǒng)的常規(guī)維護(hù)以及氯和其他化學(xué)品的生成系統(tǒng)等。通常組成復(fù)雜的處理系統(tǒng)，其可靠性相對會受到影響。

2.3.4 控制和監(jiān)測操作

所有處理系統(tǒng)應(yīng)該提供一個易于操作的遙控配電板，該遙控板可布置在壓載主控制板上，也可在主控制板附近另設(shè)。遙控配電板應(yīng)包括關(guān)鍵閥及系統(tǒng)操作指示燈。大多數(shù)系統(tǒng)都在機(jī)器附近提供了主控制板，以便于機(jī)旁操作。船東可決定將主控制系統(tǒng)、警報(bào)系統(tǒng)以及監(jiān)測系統(tǒng)整合在一起。

處理系統(tǒng)應(yīng)有應(yīng)急旁通操作功能，旁通時(shí)應(yīng)激發(fā)警報(bào)，控制設(shè)備應(yīng)對旁通操作進(jìn)行記錄。系統(tǒng)應(yīng)包括可視警報(bào)，當(dāng)系統(tǒng)在清潔、校正或者修理時(shí)，警報(bào)應(yīng)被激發(fā)，控制設(shè)備應(yīng)將生疏活動記錄下來。

2.3.5 生命周期費(fèi)用

除考慮購置成本外，還應(yīng)考慮操作成本。操作成本包括：

1)能量要求。包括電功率或燃油（用于產(chǎn)生臭氧、惰性氣體和其他滅殺生物劑）；

2)消耗品。如化學(xué)品、燈和濾器元件；

3)船員操作活動。包括培訓(xùn)；

4)定期維護(hù)及部件更換。

2.4 安裝

處理系統(tǒng)對壓載系統(tǒng)產(chǎn)生的背壓及潛在的流量減少、功率消耗要求、控制系統(tǒng)的整合、空間要求以及裝置入口都是安裝系統(tǒng)時(shí)所需考慮的事項(xiàng)。對現(xiàn)有船除應(yīng)考慮上述事項(xiàng)，還應(yīng)考慮以下因素：

2.4.1 進(jìn)水和排放水的隔離

安裝時(shí)，管系設(shè)計(jì)應(yīng)避免進(jìn)水和排放水的交叉污染，管系中的閥應(yīng)能密封關(guān)閉。

2.4.2 取樣

應(yīng)安裝取樣裝置，以用于港口國檢查等。

2.4.3 保持靈活性

對于某些特定的船舶，不必提供全部壓載系統(tǒng)最大流量的處理能力，例如，正常操作過程中，對壓載要求不高的船舶，處理系統(tǒng)無須有大能量的處理泵。壓載水在排放前，如果在艙內(nèi)使用帶噴射器的掃艙系統(tǒng)，或者噴射器的驅(qū)動水來自經(jīng)處理的壓載水，可不必對該掃艙系統(tǒng)給予特殊關(guān)注。

2.4.4 獲得船舶初始信息

對現(xiàn)有船舶安裝處理裝置應(yīng)先獲得船舶出廠時(shí)的壓載管系圖和機(jī)艙布置圖以及可能影響安裝的其他系統(tǒng)和裝置圖紙，包括裝置的吊裝點(diǎn)位置等，以便順利安裝。

3 結(jié) 語

壓載水處理系統(tǒng)的選用和安裝是一個非常復(fù)雜的工程，受到船舶特點(diǎn)、處理技術(shù)、系統(tǒng)處理能力等諸多因素的限制。目前，幾乎所有系統(tǒng)都存在著尺寸過大、或功率消耗大、或?qū)λ|(zhì)的要求較高（如鹽度、濁度等）、或核心部件昂貴、或使用壽命短、或安全性需特別考慮（如，采用電解海水法的系統(tǒng)會產(chǎn)生氫氣）、或維護(hù)保養(yǎng)工作繁瑣等缺陷，因此還沒有哪種處理系統(tǒng)能適用所有類型的船舶。研發(fā)和生產(chǎn)單位還需進(jìn)一步改變當(dāng)前的狀況，盡快研制出體積小、成本更低、壽命更長、更節(jié)能、更安全、適用范圍廣和維護(hù)保養(yǎng)簡便的新型壓載水處理系統(tǒng)，為保護(hù)海洋環(huán)境，作出更大的貢獻(xiàn)。

[1] 江彥橋.海洋船舶防污染技術(shù)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2000.

[2] Lloyds Register.Ballast Water Treatment Technology Current status[S].2010.2.

[3] ABS.Ballast Water Treatment Advisory[S].2010.8.

[4] IMO.Report of the marine environment protection committee on its sixtieth session[S].2010.4.

[5] IMO.Report of the marine environment protection committee on its sixty-first session[S].2010.10.