壓載水處理技術最新發展

沈蘇雯

IMO正式通過《船舶壓載水和沉積物控制與管理國際公約》已有8年多時間。公約通過后，壓載水處理裝置便成為船舶必不可少的設備，壓載水處理裝置的研發就如火如荼般地展開了。如今已有不少壓載水處理系統可供船廠和設計單位選擇，但受到船舶特點、處理技術、處理能力等限制，幾乎沒有哪種處理系統能適用于所有類型的船舶。隨著壓載水管理公約正式生效的臨近，將來每一艘船都必須面對壓載水處理的問題。現將世界上最為先進的技術成果與經典案例進行匯總，供業界借鑒。

壓載水處理裝置相關規則

經過處理的壓載水必須滿足壓載水管理公約附錄的《壓載水及沉淀物管理規則》D-2條規定的壓載水性能標準。一般將處理裝置本身及對壓載水的處理過程，統稱為壓載水處理系統。公約規定，壓載水處理系統必須經過規則D-3（壓載水管理系統的許可條件）的許可，并規定該裝置如不會產生或者無需使用活性物質，則由船旗國主管機關簽發型式許可；如會產生或者需用到活性物質則需獲得IMO許可。此處所指的活性物質，是對壓載水中所含的有害水生物和病原體具有一般或特定作用的物質，具體來說是指化學試劑、菌類和裝置中生成的化學物質等。也就是說對壓載水處理系統來說，其處理能力是否滿足排放標準由主管機關進行許可，而處理方法則由IMO來進行許可。這些許可的程序過程均登載在壓載水公約指南中。指南中的G1到G14由IMO所制定，其中G8為《壓載水管理系統認可指南》，G9為《使用活性物質的壓載水管理系統批準程序指南》。IMO對于滿足G9的壓載水處理系統簽發許可。圖1為G8和G9的許可程序大致流程圖示。

G8中所規定的壓載水處理系統許可的獲得流程大致為圖紙審核、岸上試驗、船上試驗和環境試驗4步，這些試驗結果都是申請許可所必需的。各試驗大致內容有，岸上試驗主要是對200m3的試驗水進行處理，5日后分析其是否滿足D-2的標準，試驗水采用海水、淡水和混合水中的2種反復進行5次試驗。船上試驗主要是在1艘以上的船舶上，需要取得許可的壓載水裝置須在船上完成最少6個月的常規定量壓載水運轉周期，以此連續3次后，將滿足D-2標準的生物學分析結果送交至主管機關。環境試驗是以壓載水處理裝置會用到的電氣設備和電子設備為對象，進行一般的船舶環境試驗。

如果壓載水處理系統在處理過程中需要用到或者會產生活性物質，則基于G9指南的規定須向IMO提交審查申請（不需使用或不會產生活性物質則僅遵循G8指南即可）。G9指南中所規定的許可共有基本許可和最終許可兩部分，基本許可是基于實驗室層面，最終許可是要求滿足船上層面。現今所提交審查的壓載水處理系統基本都是需要使用或者會產生活性物質殺滅病原體的類型。為此，幾乎所有的裝置都將適用于G9所規定的許可流程。

一般的壓載水處理系統組成如圖2所示。首先采用壓載水泵，將含有海洋生物的海水汲取到船內。在這些海水被輸送往壓載水艙之前，壓載水處理裝置將對其進行處理。先用過濾器等設備進行物理處理，去除比較大的生物，再用活性物質將較小的生物和病原菌殺滅。處理后的海水儲藏在壓載水艙中，排放時，在使用壓載水泵排出船外之前，還要進行再處理和中和處理。特別是除熱處理技術外，使用或產生活性物質的壓載水，其排放之前必須經過凈化，這一點尤為關鍵。也就是說，即使使用活性物質進行生物處理，也必須要讓它們的排放本身對生物不造成影響。

經IMO認可的7種處理方法

壓載水處理裝置可殺滅水中的各種生物和病原體，并有多種處理方法可選擇，其中有7種方式得到IMO的許可。

過濾處理法。用過濾器將棲息在海水中的微生物等過濾掉是最傳統的處理方法。如果過濾器的網目較小的話浮游生物等微生物也可去除，但也會造成濾網堵塞，需要時常進行清洗工作。另外，如果采用的過濾器網目過小，會影響到水流速度，因此網目的大小是有限制的。目前過濾器方法多用于對剛汲取的海水進行大型海洋生物去除的前期處理工作。

空泡和流體壓力。此方法與過濾處理法一樣是在管路內設置過濾裝置，不過有所不同的是，其安裝的是板狀過濾裝置，板與板之間有微小縫隙，通過縫隙的海洋生物會被切斷或者受到壓力而粉碎。該方法與過濾法相比，不會引起阻塞現象，不過因為是在管路內設置影響流速的設備，故需要加大將海水送往壓載水艙的壓力。

機械處理法。該方法是對剛汲取的壓載水進行預處理，將凝結劑或磁粉投入水中，使微生物凝結成約1mm直徑大小的顆粒，再用磁鐵或過濾器過濾處理。該方法可以看作是從過濾處理法中演化而來的一種方法，由于需要經過機械處理過程，所以需要一定的設備空間。另外在凝結過程中，除了微生物外，細菌也會凝結成顆粒，所以無需注入殺滅病原體的化學試劑。

紫外線（UV）處理法。生物或細菌受到紫外線的直接照射會被破壞DNA導致死亡。利用這一點，誕生了用紫外線消滅壓載水中的微生物和病原體的處理方法。

氯化法。氯化物與紫外線同樣具有殺菌效果，利用這一點來殺滅壓載水中的微生物和病原體。可被利用的氯化物有二氧化氯、次氯酸鈉、次氯酸鈣等。不過在使用氯化物對壓載水進行殺菌處理時，其殘留物會有二次污染的問題，在排放時需將水中的氯含量降低到安全的范圍內。生成各氯化物的主要方法有投放化學試劑或者電解壓載水生成氯化物。

臭氧處理法。這種方法是利用臭氧的強氧化特性殺滅壓載水中的微生物和病原體。如果在船舶上搭載了臭氧生成裝置，就無需向壓載水中投放化學試劑，可持續對壓載水進行處理。不過臭氧不光對人體有危害，對包括壓載水艙在內的整條壓載水系統鏈都有腐蝕危害的可能性，所以必須有相應的防護措施。

加熱法。基本所有的生物在高溫下都會滅絕，因此加熱法可以說是十分有效的去除壓載水中微生物和病原體的手段。如果有只使用加熱法的壓載水處理裝置，由于無需用到活性物質，那么就不需要獲得G9指南的許可。不過，一般壓載水的量要占船舶滿載排水量的1/4之多，在大型船上運用的時候，要在短時間內加熱大量壓載水并維持一定的時間，是十分困難的。

歸納以上7種處理方法，大致可分為：物理處理法；機械處理法；化學處理法；加熱法。而壓載水管理公約要求必須對病原體進行處理，除了加熱法之外都要利用到活性物質，因此無法回避G9指南的審查。關于加熱法，如果在過程中需要投入活性物質，則也需要經過G9指南的審查。

壓載水處理裝置的開發

綜上所述，一套理想的壓載水處理系統應滿足以下條件：

1、確保船員和船體本身的安全；

2、確保排放水域周邊居民和工作人員的安全；

3、不影響船舶航運（盡可能在短時間內處理更多的壓載水）；

4、盡量減小處理裝置所需的必要空間，使任何船舶均能搭載；

5、盡量減少裝置運行所需的能耗；

6、盡可能簡化裝置的操作，使其免維護；

7、盡可能減少引入和運用裝置的成本。

不過壓載水處理系統的開發十分不易，目前還未有符合所有條件的系統。截至2011年7月，包括正在開發中的壓載水處理裝置共有59種，其中17種已獲G8指南的型式許可，16種獲得了G9的基本許可，9種獲得了G9的最終許可。開發壓載水處理系統的公司共有55家，以美國、日本和韓國公司為主。隨著壓載水管理公約生效時間的迫近，參與并推出開發計劃的公司在2010年到2011年間增加了14家。而關于處理方式，目前的壓載水處理裝置都是將處理過程分為2個階段，第一階段也叫預處理階段，多用過濾器來完成處理，而第二階段的處理方式則多種多樣。

滿足D-2標準的第一代壓載水處理系統，雖說都通過了G8和G9指南所要求的各類試驗和標準，但是由于當時G8和G9本身都還在摸索階段，因此這些設備中有一部分無法滿足如今G8指南所提出的試驗要求，并且當時的G9指南沒有對壓載水排出的凈化過程做出考慮，所以對活性物質的濃度和含量有較大的限制，因此即使開發出了混合型處理系統，其處理效果也很有限。到了第二代處理系統，G8的岸上試驗要求已經較為共通和完善，G9中對活性物質的限制也放寬了很多，出現了效果更好的壓載水處理系統，并且還配有活性物質中和設備。如今的第三代設備追求的是比G8和G9所要求的更高的處理性能。

根據相關規定，壓載水管理公約將在30個國家批準通過，并且自這些國家所登錄的船舶總噸位占到世界商船總噸位的35%后的12個月開始生效。截止至2011年7月底，已有28個國家通過該公約，登記的船舶總噸位占到了世界商船總噸位的25.43%。即使是非締約國船籍的船舶，在需要停靠公約國的港口時，也必須滿足公約的要求，因此在建船舶都必須考慮公約的影響。