船舶壓載水處理系統的選型

摘 要：簡要介紹規范對船舶壓載水處理的要求和各種處理技術的發展現狀及技術特點，重點介紹了壓載水處理系統選型的關鍵要素。

關鍵詞：船舶；壓載水；處理；選型

中圖分類號：U664.8 文獻標識碼：A

1 前言

隨著《2004年國際船舶壓載水和沉積物控制與管理公約》（以下簡稱《壓載水公約》）的實施和各國對海洋環境保護的重視，船舶壓載水處理系統已逐漸得到船東的認可和接受，越來越多的船舶需要配置壓載水處理系統。目前市場上已推出多種成熟的壓載水處理系統，且已有多個產品獲得IMO的型式認可或船級社證書，并已實船應用，如紫外線殺毒、電解殺毒、去氧化殺毒、高級氧化殺毒、過濾殺毒等壓載處理系統。但各種處理系統因采用的技術原理不同，其技術特點及對船舶總體設計的要求差別較大，因此我們在選型時，應注意結合實船情況及各種處理系統的特點，選擇最合適的壓載水處理系統。

2 IMO公約和USCG規則要求

國際海事組織及世界各國已經認識到壓載水排放對海洋環境危害的嚴重性，紛紛立法對船舶壓載水的排放及管理進行規定。2004年2月14日，國際海事組織（IMO）發布了《壓載水公約》，要求從事國際航線且需要排放壓載水的民用船舶，其設計建造及營運需要滿足該公約要求。美國海岸警衛隊（USCG）也于2012年3月23日發布了不受IMO相關公約生效限制的壓載水管理規則，并已于2012年6月21日生效，其適用范圍為航行在美國海域的所有商用船舶。USCG規則的要求比IMO公約更為嚴格。

根據IMO壓載水公約的規定，船舶壓載水管理分為“交換”和“處理”兩種，“交換”是指執行D-1計劃，容許用深海海水載進港前置換；“處理”是指執行D-2計劃，進出壓載水均需處理達標才能排放。“交換”是一種過渡時期的處理方法，最終所有船舶都要執行D-2計劃，如表1所列。

4.1 船舶類型與航線

4.1.1 船舶類型

船舶類型是選擇壓載水處理系統的重要決定因素。高壓載船舶（如油輪和散貨船）具有很大的壓載水容量和泵流量，而且在無貨物時必須加注壓載水才能安全航行，經常進行全排放或全加載壓載水，因此該類船舶的壓載水處理系統處理能力應按壓載泵最大排量考慮。低壓載船舶（如集裝箱船）的壓載水很少進行全排放或全加載，一般是轉駁而已，該類船舶的壓載水處理能力可適當降低。

4.1.2 船舶運營航線

船舶的運營航線對壓載水處理系統的選擇也是一個不容忽視的因素，因為不同國家有不同的法規要求。比如，經常往返美國航線的船舶在選擇壓載水處理系統時，就應該注意滿足美國及其地方性的要求，且設備應具備USCG的認可證書；僅偶爾往返美國航線的船舶，則可以在船上增加壓載艙容量或調整載貨量來避免壓載水的排放或支付港口接收系統的高額費用。

4.2 處理技術因素

4.2.1 處理方法

對于紫外線消毒的系統，我們需要關注燈的類型、處理系統對壓載水的鹽度和透明度的最小要求。對于化學處理的系統，我們需要關注最小的注入量和最小停留時間，以及中和劑的生產、貯存、注入、壓載水多久才能安全排放等因素。

4.2.2 壓載水特性

壓載水的濁度、鹽度和淤泥成分會影響某些技術的處理效果和可靠性。例如，壓載水的濁度大，采用紫外線消毒法則會降低紫外線在水中的透射率，而且燈管容易結垢，殺毒的效果減弱；如果壓載水鹽度低（比如淡水），則水的導電性能差，不宜選用電解法殺毒；若壓載水中的淤泥含量高，則壓載艙內的污泥和淤泥沉積多，可能會殘留生物，并會增加洗艙的頻率，增加運營成本，因而采用微濾膜分離技術較為合適。

4.2.3 壓載水系統特點

如具有獨立的壓載水系統通常意味著有多個壓載泵，則配置壓載水處理系統數量時應與其相適應；如果采用噴射泵來排放壓載水，則排放階段需要進行處理，同時系統的處理能力需要考慮噴射泵工作水的耗量；如果壓載水艙采用重力吸入/排放，則因為壓頭較小而無法采用壓力損失較大的處理系統。

4.2.4 能耗要求

因采用的技術不同，各種壓載水處理系統的能耗差異非常明顯。某些壓載水處理系統的能耗非常巨大，如采用紫外線殺毒，處理量2000m3/h的系統需要150～200kW的電力。對于新船而言，這大大提高了船舶的電站的裝機容量，而對于舊船，則是一個很大的技術障礙。

4.2.5 系統壓降

安裝了處理設備后，壓載水系統會產生額外的阻力，從而降低了系統的流量和排出壓力。采用反沖洗裝置的系統流量一般會減少5%～10%；微濾膜過濾法的壓降約為1bar，紫外線殺毒及催化氧化法的壓降約為0.6～0.8bar。對于新造船舶，必須加大壓載泵的揚程；對于現有船舶改裝，要重新計算原有壓載泵的壓頭是否滿足要求，有可能需要升級壓載泵。

4.2.6 設備安裝和維修空間要求

不同的處理系統的設備組成及外形尺寸相差較大，維修空間要求也各不相同。對于某些處理系統，控制柜、整流器等電氣控制柜所占的空間比過濾器和殺毒單元還要大；壓載管道的布置也很占空間，在大多數艙室內，壓載管道是其最大的管道；另外，系統模塊化安裝或分開獨立安裝也會影響設備的布置。因此，在壓載水處理系統選型時，必須考慮設備安裝和維修空間的要求，特別是舊船加裝的情況。

4.2.7 材料、設備保護（IP等級）和防爆要求

對于油船、LPG、LNG等危險化學品運輸船，壓載泵及壓載水處理設備一般布置在泵艙，但上述船舶的泵艙均為危險區域，其內安裝的所有電氣設備應為符合規范要求的合格防爆電氣設備，其類別和溫度組別應不低于IIA，T3。

4.2.8 對壓載艙和管道腐蝕的影響

船舶維修保養中，腐蝕問題是最難解決的問題之一。壓載水處理系統由于改變了壓載水和壓載艙內空氣的化學成分，可能會破壞壓載艙涂層，加快艙內和管道的腐蝕，因此必須加以考慮和處理。可行的辦法是在壓載水系統加入惰性氣體并維持壓載艙內惰性，這樣可顯著減少腐蝕率。但不是每個壓載水處理系統都支持這種技術方法。

5 50000t級散貨船壓載水處理系統方案對比

結合工作實際，筆者對53000t散貨船壓載水處理系統的選型方案進行了對比，見表3。該方案屬于舊船加裝，船舶航行于中國與歐洲之間的航線，壓載水總量為12890m3，原船配置2臺排量為800m3/h的壓載泵，原船無壓載水處理系統。

從表3可以看出，各種處理技術的特點是非常明顯的。從能耗對比來看，紫外線法能耗非常大，其能耗是電催化法和膜分離法的5倍多；電解法能耗稍低，也達到電催化法和膜分離法的3倍多。從設備布置情況來看，膜分離法的設備較少，設備布置比較容易，而電催化法和紫外線法設備布置比較困難。從使用維護上來看，膜處理法由于微濾膜的壽命較短，需要經常清洗更換，維護費用比較貴，紫外線法更換燈管也較困難，電解法和電催化法維護較容易。從管路壓頭損失來看，膜分離法壓頭損失較大。考慮到本船為舊船改裝，艙室空間大小及電站能力已經限定，因此，膜分離法或電催化法的壓載水處理系統較為適合本船。

6 結語

以上介紹了公約對船舶壓載水處理的要求及國際上主流的處理技術發展情況及技術特點，并探討了船舶壓載水處理系統選型時需要注意的各種要素。在設計中，設計者應該根據不同的船型、不同的航線并考慮各種現實因素，為船舶配置一個合理的船舶壓載水處理系統。