船舶壓載水處理技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用成果

曹偉

摘 要：介紹目前國(guó)際船舶壓載水處理的相關(guān)規(guī)范及發(fā)展趨勢(shì)，綜合分析國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的主要壓載水處理技術(shù)的原理和特

點(diǎn)。著重闡述采用純物理方法“過(guò)濾+紫外”技術(shù)路線(xiàn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的中遠(yuǎn)“海盾”壓載水處理系統(tǒng)及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用成果現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：船舶壓載水 處理技術(shù) 產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

目前，船舶運(yùn)輸是全球物流鏈中重要的一環(huán)，國(guó)際貿(mào)易中的80%以上貨物通過(guò)船舶轉(zhuǎn)運(yùn)。船舶空載時(shí)為了保持一定的吃水深度不至于傾覆，在起航時(shí)要將一定量的海水抽進(jìn)艙底以增強(qiáng)抗風(fēng)浪能力，到載貨時(shí)再將水放出，這部分海水稱(chēng)為船舶壓載水。遠(yuǎn)洋船舶在注入和排放壓載水的同時(shí)，引起有害水生物和病原體的跨海域傳播，壓載水的無(wú)控制排放對(duì)海洋生態(tài)、公眾健康造成嚴(yán)重危害，由此引起的海洋生態(tài)破壞事故不勝枚舉，全球環(huán)保基金組織（GEF）將其列為海洋四大危害之一。如近年香港等地發(fā)生的壓載水傳播細(xì)菌造成紅潮使魚(yú)、貝類(lèi)感染并導(dǎo)致人類(lèi)食物中毒和漁業(yè)破壞；亞洲北部生長(zhǎng)的藻類(lèi)由于壓載水排放已入侵南澳大利亞并迅速取代當(dāng)?shù)睾４采锶郝涞鹊取?/p>

壓載水處理技術(shù)分析

目前，國(guó)內(nèi)外處理船舶壓載水的方法有25種之多，但總體來(lái)說(shuō)，依據(jù)處理原理的差異可以劃分為物理處理和化學(xué)處理兩種類(lèi)型。

1、物理處理方法

物理處理方法通過(guò)不同手段分離、排除或滅殺海水中的危害性生物與物質(zhì)，主要手段包括過(guò)濾、離心分離、加熱、光輻射、稀釋與置換等。

過(guò)濾是一種通過(guò)過(guò)濾裝置濾除海水中的一定體積微生物或其他污染物的處理方法。過(guò)濾法可直接濾除部分外來(lái)生物，通過(guò)選擇合適的網(wǎng)目，可以有效地去除不同的生物種群。目前開(kāi)發(fā)使用的過(guò)濾方法包括超濾、納濾等過(guò)濾膜件。該方法原理簡(jiǎn)單、安裝方便、初裝成本相對(duì)不高。過(guò)濾法被認(rèn)為是一種對(duì)環(huán)境危害最小的壓載水處理方法，但在大型船舶中很難用于處理大量的壓載水，處理效果有限，無(wú)法單獨(dú)處理壓載水。

旋流分離法是利用水流在管路中高速流動(dòng)產(chǎn)生的分離作用，將液體的水和固體的生物與病原體分離開(kāi)。這種方法可以除去大多數(shù)多細(xì)胞動(dòng)物和植物、卵、幼蟲(chóng)和有害的病原體細(xì)菌，但是比重和海水相近的生物和顆粒難以去除，處理效果受到限制。

加熱法是將海水加熱到38℃—45℃，并保持一段時(shí)間，可殺滅大部分的水生物。利用船舶柴油機(jī)冷卻水的余熱加熱壓載水，達(dá)到殺滅有害水生物的目的，還可以合理利用能量，不會(huì)造成二次污染。但是該方法受到航線(xiàn)長(zhǎng)短、壓載水?dāng)?shù)量、環(huán)境溫度等諸多條件影響，并且當(dāng)海水溫度達(dá)到50℃—55℃時(shí)，會(huì)引起大量鹽分析出，形成積垢腐蝕船舶艙壁。

光輻射方法應(yīng)用較多的光頻段是加熱與燒灼能力強(qiáng)的紫外線(xiàn)，紫外線(xiàn)用于殺菌消毒在其他行業(yè)已經(jīng)有了較多的應(yīng)用實(shí)例。紫外線(xiàn)處理裝置對(duì)殺滅海洋細(xì)菌、病毒與細(xì)小微生物非常有效，處理過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生二次污染，裝置操作管理簡(jiǎn)便，運(yùn)行成本低。但該方法不能殺死所有有害生物，當(dāng)海水污濁度較大時(shí)，其效果會(huì)受到影響，因此該方法與過(guò)濾法配合使用效果最佳。

稀釋法是通過(guò)管路的設(shè)計(jì)，將清潔的海水從壓載艙頂部注入同時(shí)從底部排出的方法，稀釋法因設(shè)計(jì)船舶設(shè)備、管路的改進(jìn)或添置，因此僅僅在新船上使用。

2、化學(xué)處理方法

化學(xué)法主要是通過(guò)改變壓載水中某些化學(xué)物質(zhì)或元素的含量，以創(chuàng)造壓載水內(nèi)有害細(xì)菌與微生物抑制環(huán)境來(lái)進(jìn)行壓載水處理。

臭氧法。臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，在環(huán)境中產(chǎn)生氧原子能迅速殺死壓載水中的微生物和病原體，而且不存在二次污染問(wèn)題。但是臭氧處于一種高度不穩(wěn)定狀態(tài)，只能通過(guò)臭氧發(fā)生設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)制備，費(fèi)用較高，需要較高的管理維護(hù)水平，因此該用于船上壓載水處理存在一定困難和問(wèn)題。

氯化法。該法利用漂白劑、氯氣及其衍生物對(duì)處理壓載水用以去除浮游植物和原生動(dòng)物以及細(xì)菌是可行的，但對(duì)于不同的目標(biāo)生物所需氯含量不同。一般的少量氯對(duì)殺死壓載水中的細(xì)菌有明顯效果，而對(duì)于浮游藻類(lèi)，因?yàn)槟褪苄詮?qiáng)，需要較高的有效氯含量進(jìn)行處理。此外，壓載水中氯含量過(guò)高也會(huì)造成二次污染。

壓載水處理技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

從原理上分析，能夠?qū)崿F(xiàn)壓載水處理的方法與途徑較多，但是涉及實(shí)際的應(yīng)用必須考慮效能、裝船可行性、運(yùn)行成本、對(duì)船總體的影響等一系列問(wèn)題。從目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)投入市場(chǎng)的產(chǎn)品分析，基于物理處理法和化學(xué)處理法的處理技術(shù)設(shè)備均有各自的特點(diǎn)，有些技術(shù)設(shè)備已有較好的裝船應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，其中，由中遠(yuǎn)和清華大學(xué)聯(lián)合研制的“海盾”壓載水處理系統(tǒng)設(shè)備就是成功案例之一。

“海盾”壓載水處理系統(tǒng)（如圖1）是中遠(yuǎn)集團(tuán)下屬企業(yè)中遠(yuǎn)造船工業(yè)公司和清華大學(xué)共同研發(fā)的模塊化壓載水處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)歷時(shí)4年，經(jīng)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、樣機(jī)制作、岸基試驗(yàn)、裝船試驗(yàn)、環(huán)境評(píng)審、功能評(píng)審等環(huán)節(jié)的工作，獲得國(guó)家專(zhuān)利9項(xiàng)，通過(guò)了國(guó)際海事組織的初始認(rèn)可、國(guó)家海事局的最終認(rèn)可，獲得了中國(guó)船級(jí)社的型式認(rèn)可證書(shū)，達(dá)到了實(shí)船應(yīng)用水平，通過(guò)了科技部驗(yàn)收，入選科技部舉辦的“十一五國(guó)家重大科技成就展”，獲得了科技部等四部委共同頒發(fā)的“2011年度國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品”證書(shū)。

該船用壓載水處理系統(tǒng)注冊(cè)商標(biāo)為“海盾（BLUE OCEAN SHIELD）”（BOS），是一套綜合生物科學(xué)、材料科學(xué)、流體力學(xué)、光學(xué)、環(huán)境科學(xué)、船舶設(shè)計(jì)等多學(xué)科的綜合性應(yīng)用系統(tǒng)，屬于全新的創(chuàng)新型科技。海盾壓載水管理系統(tǒng)采用純物理方法的“過(guò)濾+紫外”技術(shù)路線(xiàn)，首先通過(guò)過(guò)濾方式去除水體中的50微米以上的生物體，再采取紫外線(xiàn)照射殺滅水體中小于50微米的生物體。該系統(tǒng)是以國(guó)際海事組織（IMO）《2004 年國(guó)際船舶壓載水和沉積物控制與管理公約》的要求為基本出發(fā)點(diǎn)，綜合考慮國(guó)際法規(guī)、船舶技術(shù)方案和生態(tài)保護(hù)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)，符合該公約對(duì)船舶壓載水排放的生物有效性和生態(tài)安全性指標(biāo)要求。該產(chǎn)品具有綠色環(huán)保、滅活效果明顯、體積小、重量輕、技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)總體達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平、國(guó)際相同產(chǎn)品同等水平。

海盾（BOS）系統(tǒng)由全自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器（ 包含反沖洗氣瓶）、紫外滅活器（包含紫外電源柜），和集成控制系統(tǒng)三個(gè)部分構(gòu)成。全自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器包括一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)的過(guò)濾器單元，并配有一個(gè)輔助氣瓶。過(guò)濾器的職能是去除過(guò)流的待處理壓載水中50 微米以上的顆粒物。過(guò)濾器去除大型浮游生物的同時(shí)，可以提升待處理壓載水的透光率，提高后續(xù)紫外滅活的效率。全自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器可以在5 秒鐘內(nèi)自動(dòng)完成過(guò)濾器的再生，確保水處理的連續(xù)性。紫外滅活器包括一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)的紫外反應(yīng)器，以及與其配套的紫外電源柜。紫外滅活器的職能是殺滅待處理壓載水中的浮游生物和微生物。在完成生物滅活的同時(shí)，紫外線(xiàn)對(duì)水體的化學(xué)成分沒(méi)有顯著影響，是一種安全、高效、環(huán)保的水處理手段。集成控制系統(tǒng)包括一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制箱和一系列傳感器和執(zhí)行器件。用戶(hù)也可以選配一個(gè)遠(yuǎn)程控制箱，用于壓載水處理設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。集成控制系統(tǒng)的職能包括：人機(jī)界面職能、全自動(dòng)的系統(tǒng)工作過(guò)程控制、手動(dòng)控制職能、設(shè)備的故障記錄和報(bào)警職能、設(shè)備運(yùn)行狀況記錄職能。在集成控制系統(tǒng)內(nèi)，過(guò)濾器和紫外滅活器以及BOS系統(tǒng)內(nèi)的閥門(mén)實(shí)現(xiàn)了協(xié)調(diào)動(dòng)作，最大程度地確保了設(shè)備的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

在船舶注入壓載水期間，海盾（BOS）系統(tǒng)運(yùn)行在壓載模式下（如圖2），壓載水從海底門(mén)由壓載泵吸入后，流過(guò)過(guò)濾器和紫外反應(yīng)器后，注入壓載艙。過(guò)濾器利用壓載泵提供的壓力強(qiáng)制壓載水通過(guò)過(guò)濾器內(nèi)的過(guò)濾面，去除50微米以上的生物體和大顆粒雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)紫外滅活前的預(yù)處理。紫外反應(yīng)器內(nèi)高強(qiáng)度紫外線(xiàn)直接滅活過(guò)濾后壓載水內(nèi)的浮游生物和微生物后，將處理后的壓載水注入壓載艙。海盾（BOS）系統(tǒng)在壓載模式下的工作流程是在全自動(dòng)狀態(tài)下協(xié)調(diào)地完成的，操作人員無(wú)需人工參與。在過(guò)濾器完成自清洗動(dòng)作期間，海盾（BOS）系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整紫外反應(yīng)器的運(yùn)行狀態(tài)，確保過(guò)濾器出水流量的波動(dòng)不會(huì)影響紫外反應(yīng)器的滅活效果。

在船舶卸載壓載水期間，海盾（BOS）系統(tǒng)運(yùn)行在排載模式下（如圖3），壓載水經(jīng)壓載泵泵出壓載艙后，流過(guò)BOS 系統(tǒng)內(nèi)的過(guò)濾器旁路，進(jìn)入紫外反應(yīng)器做滅活處理，之后通過(guò)出海口排到舷外。

基于“海盾”（BOS）良好產(chǎn)品情況，中遠(yuǎn)造船工業(yè)公司與山東威達(dá)集團(tuán)有限公司成立威海中遠(yuǎn)造船科技有限公司，全面邁開(kāi)了產(chǎn)品裝船應(yīng)用的步伐，將壓載水科技產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化落到了實(shí)處。截至目前，威海科技的“海盾”壓載水處理系統(tǒng)已經(jīng)完成了30余條船的安裝設(shè)計(jì)方案，涵蓋集裝箱船、散貨輪、油輪、重吊船等船型，并已在中國(guó)、希臘、香港等共4條船上完成了實(shí)船安裝，投入了使用。到目前為止，產(chǎn)品最長(zhǎng)的使用期已近2年，從環(huán)保性、操控性、方便性、可靠性等方面都取得良好的效果。

縱觀國(guó)內(nèi)外，壓載水處理技術(shù)與設(shè)備在國(guó)際相關(guān)環(huán)保公約逐步實(shí)施的大背景下取得了快速的發(fā)展，各種原理功能與型式的處理系統(tǒng)不斷推向市場(chǎng)。雖然本文介紹的海盾（BOS）壓載水處理系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點(diǎn)并已初步取得產(chǎn)業(yè)化成果，但是壓載水處理技術(shù)還未完全成熟，處理和排放的部分標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步完善，相信在不久的將來(lái)，隨著科技的進(jìn)步船舶壓載水的排放會(huì)變得更加安全可靠。

（作者單位：中遠(yuǎn)造船工業(yè)公司）