王時(shí)悅

【摘 要】船舶壓載水可保證空載船舶的穩(wěn)定，對(duì)船舶安全航行起著至關(guān)重要的作用。隨著人們對(duì)于壓載水所帶來的外來物種入侵造成的生態(tài)問題的關(guān)注不斷提升，船舶壓載水的處理技術(shù)也在不斷發(fā)展。本文就壓載水的管理方法及處理系統(tǒng)情況進(jìn)行研究，為船舶壓載水問題的研究提供參考。

【關(guān)鍵詞】壓載水；管理方法；處理系統(tǒng)

Treatment Status and Development Of Ships' Ballast Water

WANG Shi-yue

（China Waterborne Transport Research Institute，Beijing，100088，China）

【Abstract】Ships Ballast Water can ensure the stability of the unloaded ship which is very useful for the safety navigation of ship. With the continuous increase of the ecological problem which is caused by the invasive alien species of Ballast Water， the technical measures of ballast water treatment is also developing all the time. This paper make a study of the management method of ballast water and its treatment system， to provide reference for the study of ships ballast water.

【Key words】Ballast water；Management measures；Treatment system

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球80%的貨物是通過船舶運(yùn)輸?shù)?。船舶在航行、裝卸、進(jìn)出港、停泊等不同工況時(shí)會(huì)通過壓入或排出壓載水保持船舶的平衡與穩(wěn)定，對(duì)船舶的安全航行起著重要作用。然而壓載水中含有的魚類、浮游生物、沉積物（含有生物碎片、顆粒狀有機(jī)物、生物孢囊、不溶性硅酸鹽等物質(zhì)）及細(xì)菌/病原體等生物[1]，也隨其排入新的生存海域，掠奪本地生物生存資源，破壞當(dāng)?shù)氐暮Ｑ笊鷳B(tài)平衡，危害漁業(yè)資源，對(duì)公眾健康安全造成不利影響。

全球每年約有200億噸壓載水排入近海或內(nèi)陸湖泊河流，每天有7000多種生物隨壓載水傳播[2]；全球環(huán)?；鸾M織（GEF）已將船舶壓載水引起的外來物種入侵問題列為海洋的四大危害之一。在 20 世紀(jì)70 年代，國際組織已經(jīng)注意到壓載水對(duì)環(huán)境造成的不良影響，經(jīng)過國際海事組織及各主要航運(yùn)國的不斷推動(dòng)，船舶壓載水的環(huán)境問題和可能引起的生態(tài)災(zāi)難逐步得到了國際社會(huì)的重視。

國際海事組織（IMO）于2004年2月通過了《國際船舶壓載水及沉積物控制和管理公約》，公約提出了壓載水的管理與控制規(guī)定，并給出壓載水更換標(biāo)準(zhǔn)即D1、壓載水處理的生物與衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)即D2。今年9月8日，芬蘭批準(zhǔn)該公約，使得簽約國達(dá)52個(gè)，商船總噸位達(dá)世界商船總噸位的35.14%，滿足35%的公約最低生效條件。至此，壓載水公約將于2017年9月8日正式生效。而今隨著巴拿馬成為第53個(gè)批準(zhǔn)壓載水管理公約的國家，批準(zhǔn)國統(tǒng)計(jì)商船噸位已達(dá)到全球商船噸位的半數(shù)以上。一旦生效，要求2009年以后建造的船舶部分需達(dá)到D2標(biāo)準(zhǔn)，2016年以后建造的船舶全部需達(dá)到D2標(biāo)準(zhǔn)才能進(jìn)入他國港口。因此世界各國近年來都在積極致力于壓載水管理方法與處理技術(shù)的研究。

1 壓載水管理方法

當(dāng)前壓載水的管理方法大致可分為：壓載水船舶處理、壓載水更換、壓載水陸上接收。

1.1 壓載水船舶處理

壓載水處理是指在船舶裝載壓載水之后或排放壓載水之前，利用機(jī)械、物理、化學(xué)或生物等方法處理壓載水，使其達(dá)到公約要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。由于單一的壓載水處理技術(shù)一般難以滿足要求，各國當(dāng)前使用的壓載水處理系統(tǒng)多包含以下兩個(gè)處理過程：

1.1.1 預(yù)處理——分離水生生物、大尺寸微生物

主要是通過機(jī)械物理方法去除壓載水中包含泥沙、塊狀垃圾、可見生物等較大顆粒物質(zhì)。排放壓載水時(shí)，對(duì)于50微米以上的生物多采用過濾、氣旋等簡(jiǎn)單的固、液分離方式進(jìn)行分離。其中過濾是利用固定式篩網(wǎng)或帶有自動(dòng)反沖洗功能的迭片過濾超過特征尺寸的固體物質(zhì)，氣旋分離是利用高速水流產(chǎn)生的離心力使懸浮液中的固體沉降分離的技術(shù)。

1.1.2 深度處理——滅活去除小尺寸微生物

主要使用物理或化學(xué)方法處理介于10～50微米之間的微生物。常見的物理方法有加熱處理、巴氏、空化技術(shù)、紫外線、脫氧、超聲波或絮凝；化學(xué)方法有臭氧、氯化、過氧化氫、電解氯化、二氧化氯、過氧乙酸、維生素K等。

以下詳細(xì)介紹幾種處理方法：

物理處理方法：

加熱法需安裝加熱裝置，通過將壓載水加熱的方法殺死水中生物，這種方法能殺死主要生物，但對(duì)處于休眠狀態(tài)的孢子不能起到有效作用。隨環(huán)境水溫不同所需能源也不同，處理時(shí)間相對(duì)較長、能耗大，另外若壓載水排放時(shí)標(biāo)準(zhǔn)水溫控制不當(dāng)，也可能對(duì)停泊海域生物造成損害。

巴氏殺菌法能有效殺死壓載水中存活的微生物，但需改變船的控制系統(tǒng)，將使船舶產(chǎn)生熱應(yīng)力，影響船舶的航行安全。紫外線處理壓載水法也可達(dá)到殺死微生物的效果，但其有效性受到水體混濁程度的影響，對(duì)于較混濁的壓載水卻無法達(dá)到預(yù)期結(jié)果。

空化技術(shù)的基本原理是船舶壓載水通過孔板時(shí)受到阻礙，使得壓力驟減，流速劇增，當(dāng)壓力降低到某一臨界壓強(qiáng)以下時(shí)，即空化初生壓（一般為相應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓）時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的空化泡。隨后液體噴射擴(kuò)張，壓力值逐步恢復(fù)，空化泡在正壓作用下瞬間潰滅，一般僅持續(xù)幾微秒，從而在該點(diǎn)（即熱點(diǎn)）產(chǎn)生瞬時(shí)高溫高壓，發(fā)生空化。通過空化技術(shù)，壓載水內(nèi)的有機(jī)物可直接熱解或與水熱解生成的羥基自由基反應(yīng)。該項(xiàng)技術(shù)真正做到綠色無污染，且設(shè)備簡(jiǎn)單、能耗低；但其對(duì)管路腐蝕性較大。

化學(xué)處理方法：化學(xué)處理法的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易用、低能耗、低成本。

常用的化學(xué)處理方法多為通過化學(xué)注射泵直接輸送到主壓載水泵的方式向壓載水中添加化學(xué)物質(zhì)，以達(dá)到殺死微生物的效果；或通過改變壓載水中部分物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)抑制壓載水中微生物的生長，從而達(dá)到處理效果?；瘜W(xué)試劑主要包括臭氧、氯或氯化物、過氧化氫、羥基自由基等，它們對(duì)壓載水中微生物具有很強(qiáng)的殺傷作用。由于不同的海洋微生物需要不同的化學(xué)物質(zhì)來處理，為達(dá)到理想的效果，常需要添加多種化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)在運(yùn)輸、存儲(chǔ)的過程存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)，在使用過程中也可能會(huì)對(duì)管路、船體等相關(guān)部件造成腐蝕影響船舶的性能或排放入海造成二次污染。隨著新技術(shù)的應(yīng)用，多數(shù)船舶采用電解氯化法處理壓載水，其工作原理如下：在電解水的過程中通過電化學(xué)反應(yīng)殺滅電解水中的海洋生物體，殺菌消毒由電勢(shì)、次氯酸鈉和氫氧基產(chǎn)生電化學(xué)氧化直接進(jìn)行，它消毒殺菌效果好，使用方便，可以進(jìn)行預(yù)過濾。此法，在常溫常壓下進(jìn)行，占用船舶空間小，能夠滿足IMO規(guī)范D2生物性能標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 壓載水更換

壓載水更換是指在船舶駛?cè)肽康母壑埃谶h(yuǎn)離岸線的海域?qū)狠d水更換掉。此法是基于在遠(yuǎn)海生活的生物不能適應(yīng)近海環(huán)境的前提下成立的，現(xiàn)有三種常用壓載水更換法：排空法、順序法和溢流法。

該方法被認(rèn)為是減少壓載水外來生物入侵最可行的方法之一，但是存在艙底沉積污泥難于處理，能量消耗高，操作時(shí)間過長，和存在安全隱患的問題。

公約中規(guī)定：船舶進(jìn)行壓載水更換位置應(yīng)距岸線200海里以上，并且水深不低于200米的海域進(jìn)行。按照公約規(guī)定應(yīng)進(jìn)行壓載水更換，但船舶未實(shí)施時(shí)，其理由應(yīng)詳細(xì)記錄在壓載水記錄簿中。

1.3 壓載水陸上接收

壓載水排放至陸地上接收設(shè)施可以保證船舶運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性，且其處理量大；一旦港口壓載水處理設(shè)施配備建成，對(duì)于廣大船東來說更加方便、快捷，具有一定的吸引力。但是目前配有壓載水接收設(shè)施的港口非常少，僅在包括美國在內(nèi)的少數(shù)國家出現(xiàn)，未得到廣泛應(yīng)用[3]。相比船舶處理這種方法存在前期投入成本高、占地面積大、岸上設(shè)備運(yùn)行及維護(hù)工作量大等問題。

除此之外，無壓載水船舶的研制可以徹底解決船舶壓載水造成的生態(tài)問題。目前人們較為熟知的無壓載水船舶理念有三種，分別為美國密西根大學(xué)研發(fā)設(shè)計(jì)的貫通流系統(tǒng)船體（Through-Flow System Hull）、日本造船研究中心（SRC）提出的無壓載水船舶（NOBS）理念、荷蘭代爾夫特大學(xué)試造的單一結(jié)構(gòu)船體（Monomaran）。其中，美國的貫通流系統(tǒng)設(shè)計(jì)為在艙內(nèi)布設(shè)大型管道網(wǎng)絡(luò)，航行過程中海水自船首向船尾流動(dòng)，以形成穩(wěn)定的流場(chǎng)，保持船舶平衡，以達(dá)到壓載目的[4]。日本和荷蘭的無壓載水理念較相近，均通過重設(shè)船體結(jié)構(gòu)以改變船體受浮力的特性，從而保證船舶空載或輕載時(shí)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)無壓載水的目的。

總體來看，雖然目前無壓載水船舶的研發(fā)已取得了一定的進(jìn)展，但還不能完全控制無壓載水船舶的傾斜運(yùn)動(dòng)，距離投入實(shí)際生產(chǎn)還存在一定的差距。

2 壓載水處理系統(tǒng)

截至2014年底共有51種船舶壓載水管理系統(tǒng)（BWMS）獲得型式認(rèn)可，50種獲得IMO的基本批準(zhǔn)，36種獲得IMO的最終批準(zhǔn)。中國有11種船舶壓載水管理系統(tǒng)獲得型式認(rèn)可或產(chǎn)品認(rèn)可。主要包括：美國NEI公司的“Venturi Oxygen Stripping--VOS”，瑞典Alfa Laval公司“Pure Ballast System”，德國Hamann AG的“SEDNA？誖Ballast Water Management System”、 RWO海水處理技術(shù)公司的“Clean Ballast”系統(tǒng)，韓國TechCross的“Electro-Cleen TM System”，日本的“Clear Ballast”處理系統(tǒng)，芬蘭GreellShip公司的“Sedinox”系統(tǒng)，挪威Ocean Saver公司的“Ocean Saver？誖Ballast Water Management System”；國內(nèi)的青島雙瑞公司研發(fā)的BalclorTMBWMS、青島海德威科技有限公司的“海洋衛(wèi)士？誖壓載水處理系統(tǒng)”、威海中遠(yuǎn)造船科技有限公司的“海盾”BOS壓載水系統(tǒng)等。

廣大船東可根據(jù)不同船型尺寸、布置、種類及航線的需要，綜合考慮工作能效、裝船可行性、機(jī)械運(yùn)行成本、對(duì)船舶的總體影響等選擇合適的處理系統(tǒng)。

3 小結(jié)

目前國際上包括我國對(duì)于壓載水問題的關(guān)注度都在持續(xù)發(fā)酵，對(duì)于壓載水管理技術(shù)的研究也不斷取得新的進(jìn)展。相信隨著《壓載水公約》的生效，船舶壓載水的處理真正有約可依、有法可治時(shí)，徹底解決船舶壓載水引起的環(huán)境、生態(tài)問題的目標(biāo)將日漸實(shí)現(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]陳立僑，李云凱，侯俊利.船舶壓載水導(dǎo)致的生物入侵及其防治對(duì)策[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005（21）：34-36.

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[4]俞士將.綠色船舶發(fā)展現(xiàn)狀及方向分析[J].船舶，2010（04）：1-5.

[責(zé)任編輯：張濤]