船舶壓載水處理系統選型研究與技術分析

青島海洋經濟團體聯合會專家組 梁 輝

眾所周知，2022年將是壓載水處理系統安裝的高峰期。多家權威船級社表示，要使船舶符合《國際船舶壓載水和沉積物控制與管理公約》，必須考慮諸多參數與影響因素。對于很多船舶管理運營者來說，在IOPP換證前選裝合法、合規、性能可靠的壓載水處理系統已經迫在眉睫。

青島海洋經濟團體聯合會專家委員會針對目前市場上推出的多種已經獲得IMO型式認可或船級社證書，并已實船應用的多種技術路線不同的船舶壓載水處理系統進行研究，組織召開了《船舶壓載水處理系統選型研究與技術分析》專題研討會。大家認為，經過十余年的優勝劣汰，壓載水處理系統的技術已經發展成熟，對于如何選擇與船舶類型、船舶空間、船舶航線和航程相匹配且性價比合理的壓載水處理系統，行業內已經形成了一套行之有效的方法，現總結整理如下，供廣大有意或正在趕壓載水處理系統“末班車”的同仁們參考。

壓載水處理系統的合規性

《國際船舶壓載水和沉積物控制與管理公約》從受到關注，提上日程，再到頒布生效以及后續的完善升級，到現在已經過去了二十余年。這期間，國際海事組織（IMO）等主管機關的法規規范逐步完善，生物指標的檢測方法和檢驗流程不斷規范，壓載水處理系統也在不斷優化。表面來看，壓載水處理系統的市場似乎已經實現了全球統一的規范化、標準化，但實際上并非如此。

2020年10月28日，IMO新G8規則正式生效。截至目前，行業內僅有二十余個壓載水處理系統品牌具有滿足新G8規則的型式認可證書。雖然，公約明確要求不允許安裝不具備新G8認證的系統，但仍有部分廠家以保函、優惠等方式試探船東底線，推銷不合規范的產品。

此外，近年來有多個港口國開始起草各自專屬的壓載水管理規范，而符合這些標準的壓載水處理系統將在競爭中更具優勢，能夠在更大程度上降低違規風險。

對證書及報告的審核

日前，IMO MEPC 75屆會議正式通過了針對壓載水處理系統調試取樣檢測（Commissioning Test）的指南，要求系統在交付前須經由第三方檢測實驗室進行生物有效性檢測。在此指南正式出臺之前，已有數個成員國強制要求執行調試取樣檢測。但是，由于當時相關指南規范不完善，缺少對檢驗機構獨立性的要求，在過去的實踐中，部分壓載水處理系統廠家選擇了“先自己取樣再送檢”的捷徑。比如，對于在水質渾濁、水中藻類生物量大的水域調試的船舶，一些廠家為了避免因過濾器堵塞導致的報驗失敗，會采取以大于五十微米的粗精度濾芯，代替陸基試驗認證使用的細精度濾芯的辦法，以求“蒙混過關”，通過試運行。

而這些不合格的壓載水處理系統，在后續的港口國抽檢中，很可能使船舶運營者面臨罰款、船期延誤，以及額外的處理費支出等問題。更有消息稱，部分港口國正在起草用于限制壓載水不合格船舶的黑名單制度，計劃禁止壓載水處理不達標的船舶靠泊。

針對上述風險，建議規避方式如下：

◎ 對新證書的確認：確認產品是否持有符合G8規則與USCG型式認可證書。

◎ 選擇第三方獨立機構進行調試取樣檢測：在安裝完成壓載水處理系統時，選擇第三方實驗室對經過處理后的水樣進行立即檢測，是非常必要的。目前，能夠覆蓋國內各大港口的第三方獨立檢測機構有SGS、青島科瑞思、上海海洋大學等。如果選擇其他實驗室，要提前確認實驗室資質是否獲得船級社的認可。

◎ 對試驗報告進行檢查：以USCG標準為例，要求壓載水處理系統認證試驗的原水必須代表“最糟的情況”，而“最糟”的定義則由實驗室把控。例如，標準要求原水10～50微米的生物量不小于1,000個/ml，實驗室可以提供生物量為2,000個/ml的原水，也可以提供生物量為20,000個/ml的原水。顯而易見，只有通過更惡劣水質測試的設備，其在不同海域的生物有效性也更加可信，對于這點，可以通過索要廠家的陸基試驗報告來進行評判。

表 不同額定流量下過濾器可濾除泥沙的重量

壓載水處理系統的過濾器

自壓載水處理系統誕生至今，過濾器一直是備受船舶運營者們關注的重要系統組件之一。結合多年的對比研究，筆者認為，建議船舶運營者在選擇過濾器時，應注意以下幾點：

1、過濾器的必要性

最近，“無過濾器（Filter-less）”壓載水處理系統再次引發關注。據了解，至2021年，已經先后有兩個品牌的無濾器壓載水處理系統獲得了型式認可證書。

但是，沒有配備過濾器的壓載水處理系統如何避免大量沉積物（尤其是泥沙）進入壓載艙，仍然是需要深入關注的問題。另外，未經有效過濾的壓載水中會混有大量雜質，這些雜質將會嚴重消耗處理系統的滅活物質，并進一步導致能耗提高、藥劑投放量增大等問題。

筆者了解到，有實驗室使用額定流量為300m3/h并配有過濾器（精度50微米）的某壓載水處理系統，在泥沙較多的舟山海域，對過濾前后的水樣進行了多次檢測，并以實驗結果為基礎，得出在該水域環境下，每立方海水通過該過濾器平均可過濾泥沙7.61kg。據此，我們可以推算出在不同額定流量下，該過濾器可濾除泥沙的重量（見上表）。

進一步推算，如果一艘壓載艙總容積為9.6萬立方米的VLCC，使用帶濾器的壓載水處理系統在舟山水域全流量壓載一次，可以阻止約730噸泥沙進入壓載艙。按照一年10個航次計算，將阻止超過7000噸泥沙進入壓載艙。

2、濾芯強度

目前，大多數濾器是依靠過濾后的水進行反沖洗。但是，在水的濁度高、生物密度大的水域，部分設計強度不夠的濾芯，容易被瞬間的張力沖至變形甚至撕裂，或者因出現虹吸現象而導致其被吸扁。在這種情況下，如無備件更換，過濾器乃至整套壓載水處理系統也將完全失效。

建議船舶管理者在選擇壓載水處理系統時，要充分考量過濾器濾芯能承受的最大瞬間壓力，而不是待壓差達到設定值時才被迫通過緊急停機來保護濾芯不被破壞。

3、有效過濾面積

在惡劣的水質下，對于同等精度的過濾器來說，更大的有效過濾面積必然帶來更穩定的通流效果。而大部分體積小的緊湊型過濾器，其本質是以犧牲有效過濾面積為前提的，它們在惡劣水質下需要將流量降低，有時甚至需要降低至一半或更低，才能保證設備有效運行。

4、維護頻率與難度

過濾器在嚴重堵塞后，一套標準的拆解、浸泡、沖洗、安裝流程往往需要十幾甚至二十幾個小時。在惡劣水質下需要降低過濾器流量時，也需要老軌根據經驗現場指揮調節閥門與壓載泵。這些工作不僅影響船舶的裝卸貨效率，還會增加船員的工作負擔。目前，在壓載水處理系統市場上已經出現了無需人工拆洗的過濾器，這種過濾器即使出現堵塞，也可以在幾分鐘內完成自動清洗，而且操作簡單，能夠大大減少船員的工作量。

關注滅菌單元的結垢及功耗

目前，市面上的壓載水處理系統主要采用全流量電解滅菌、支路電解注入滅菌、紫外線照射滅菌等技術。由于水中含有豐富的鈣鎂離子，設備運行時極易在滅菌單元形成結垢，對系統運行造成不良影響，嚴重時甚至會造成滅菌單元的堵塞并使其功率迅速增大，從而導致整個系統運行功率超標，大大降低系統滅活生物的能力。因此，對于各系統滅菌單元如何抑制結垢和除垢，需要格外關注。

目前行業廣泛采用的除垢方法有化學藥劑清洗、人工拆解清洗、系統自帶機械刮擦清洗以及超聲清洗等。

采用化學藥劑清洗，需要船員對藥劑的注意事項進行充分了解并做好防護，注意藥劑的儲存環境，同時要遵守港口國海事主管機關、船級社等對于清洗液的排放要求，避免對人員、設備和環境造成危害。

此外，對于壓載水處理系統的功耗也需要重點關注。系統功耗直接影響船舶發電機的工作負荷，如果負荷過大，會對全船供電安全造成一定的隱患。低功耗的壓載水處理系統，可以降低系統安裝成本和運行成本，減輕船舶發電系統負荷，提升船舶能效指數（EEXI）。

目前壓載水處理系統的主流技術包括全流量電解，支路電解和紫外線殺菌三種類型。實踐中選擇不同的設備并對比運行功率，不同技術路線的功率差別還是很大的。同一種技術路線里面的不同廠家因為各自產品專利和核心部件設計的不同，功率也會有明顯差異。

熟知系統的限制條件

船舶運營者在對壓載水處理系統進行技術評估時，一定要重點考量系統的限制條件，否則會給日后的使用帶來不便甚至隱患。主要限制條件包括：

1、水域限制

有些壓載水處理系統無法應對高泥沙含量的水質。比如，在高泥沙水域旁通壓載水處理系統，直接壓載，會導致大量泥沙進入壓載艙，因此在設備交付調試時，廠家會要求船舶航行至指定水域進行設備調試。

2、流量限制

前文提到，部分壓載水處理系統在相對較差的水質下，需要大幅提高功耗，并將處理流量降低至額定的一半以下，以保證設備正常運行。而相關數據在系統的型式認可證書中均有詳細規定，但由于部分廠家會不遵守該限制條件，因此這里提醒船舶運營者務必重視證書中相關規定。

3、管路布局

通常情況下，船舶運營者為了縮減船舶進塢改裝壓載水處理系統的時間，可以要求廠家提前進行安裝的設計工作并出具詳細的安裝圖紙。

圖 波羅的海區域的鹽度情況

在進行技術評估時，安裝設計圖紙出具的詳細程度，以及不同技術路線對管路布置的要求，會對船舶壓載水處理系統改裝周期產生很大的影響。比如，部分處理系統需要大量小于DN25的管路，這些小管路布置工作會增加安裝成本和工期。

4、溫度限制

部分壓載水處理系統在運行時，對水的溫度有一定要求。比如，部分電解系統規定電解時溫度不能太低，否則會影響壓載水的處理效果。因此，這類壓載水處理系統在使用時需增加加熱海水的環節，以使水溫達到限定值后再進行處理。

結合實際使用情況選擇產品

全球水域的水質千差萬別，對于船舶運營者來說，根據船舶航線有針對性地選擇壓載水處理系統尤為必要。

舉個例子來說，有的船東認為，采用電化學滅活方式的壓載水處理系統，只有在內河航線才需要注入海水提高鹽度。但是，在船舶經常?？康母劭谥?，有超過100個海港鹽度處在1～15PSU之間，而純淡水港（鹽度小于1PSU）卻幾乎沒有。因此，在選擇壓載水處理系統時，有必要根據經常停靠港口的鹽度情況進行謹慎選擇。

此外，部分低鹽度水域的濁度較高，水中摻雜有大量會消耗紫外線強度（UVI）和活性物質的成分。在此類環境下，壓載水處理系統需要大幅降低流量以保證正常工作。

系統方案選擇

壓載水處理系統是一套復雜的系統集成設備，系統中的每一個單元，無論是泵、閥、流量計，乃至所有相關的傳感器，都對設備的正常工作產生著至關重要的影響，任何一個關鍵部件的失效將直接導致壓載水處理系統無法工作。鑒于設備和各地水域的復雜性，建議船舶運營者在設備選擇的時候盡量選擇“一備一用”的方案，增加系統的冗余能力，會有效避免一些不必要的風險。

選擇系統的時候，供應商的售后響應時間和全球服務能力也至關重要。特別是疫情以來，除了必備的遠程技術支持服務，廠家只有具備遍布全球主要港口的售后服務網絡與備件庫，才能保障設備的正常運行和維護。在國外主要的修船區域，如荷蘭、波蘭、土耳其等地，因為檢疫政策，也只有當地的服務工程師才能順利實現登輪，對壓載水處理系統進行維修、改裝指導或者調試。另外，面對激烈的市場競爭，行業早有預測，全球能夠長時間存續的壓載水處理系統廠家可能不會超過10家。安裝案例少、產品線低級且單一的廠家，必然無法在市場高峰過后維持全球性的技術支持與服務團隊。

因此建議船舶管理者在選擇系統時，需要考慮清楚該廠家是否具有持續提供售后服務與技術支持的能力，更不建議因為短期利益而在這個問題上讓步。一旦這種技術支持與服務無法維系，將會對船舶的運營帶來極大影響。是否有能力應對這種影響，是船舶管理者不得不面對和考慮的問題。壓載水處理系統涉及生物、化學、機械、電子以及軟件控制等諸多方面的專業知識。其作為一個新興產品，它的用戶群體仍然對其缺乏深入了解。本文提到的各類評價參數是業內多年經驗教訓的總結，期望能為船舶管理者、運營者和所有者，在為船隊尤其是營運船隊配備壓載水處理系統時提供一些參考。