船舶压载水处理技术及处理系统方案研究

潘 锦 成

（中国船级社上海规范研究所，上海 200135）

0 引 言

为使船舶压载水得到有效控制和管理，尽量减少和最终消除因有害水生物和病原体的转移对环境、人体健康、财产和资源引起的风险，国际海事组织（IMO）制定并通过了《2004年国际船舶压载水及其沉积物管理和控制公约》（简称公约）。公约最快在 2012年生效，一旦生效，适用船舶的排放压载水应达到公约规则D-2条规定的压载水性能标准。为此，船舶一般都需要安装压载水处理系统对压载水进行处理后，才能达到排放标准。

根据IMO A.1005(25)决议，在2009年或以后建造的适用船舶应在其第二个年度检验之后符合公约规则D-2条，但最晚不迟于2011年12月31日。虽然公约尚未生效，但由于公约对现有船也有追溯性，这意味着许多船舶都将安装压载水处理系统。

1 压载水处理技术

1.1 全球压载水处理系统研发情况

根据IMO资料，截止到2010年10月，全球范围内已有 40多种压载水处理系统被成功开发或正在研制，其中27个压载水处理系统获得IMO基本认可，18个压载水处理系统获得最终认可，10个压载水处理系统获得各自主管机关的型式认可，9种压载水处理系统已获得 IMO和/或主管机关的所有认可。

青岛双瑞防腐工程有限公司开发的压载水处理系统和中远与清华大学合作研发的压载水处理系统，都已通过了IMO认可*和我国主管机关的型式认可。青岛海德威船舶科技有限公司开发的压载水处理系统也已通过了 IMO认可，目前正在做型式认可试验，并可望在今年形成年产100套的生产能力。此外，我国还有几个厂家计划或正在研发试验压载水处理系统，在全球竞争中迈出了坚实的一步。

1.2 压载水处理技术分析

目前，全球用于压载水处理系统的技术多达十几种。根据理化特性的不同，压载水处理技术可以分为3类：机械处理法、化学处理法和物理处理法。

1.2.1 机械处理法

机械处理法通常包括过滤、离心分离等技术，将压载水通过滤网/筛子或 “离心分离器”， 滤出杂质和有害微生物，实现固液分离。滤出物将被返回海洋（在压载过程中进行处理），或者储存到单独的舱里（在排放压载的过程中进行处理）。其优点是对在一定大小范围内的微生物非常有效。缺点是常出现过滤器的阻塞、收集的残余物在船上须有残余物储存空间并且须处理，以及压载泵排出阻力增加（压头）。这种方法对于较小的病原体无效且整体处理能力有限，不适用于载有大量压载水的货船。

1)过滤：采用与拟滤出的微生物尺度相适应的滤网或滤芯（网格尺寸10～50µm之间），一般用于过滤较大尺度的浮游生物。过滤的实用性主要取决于在给定的操作压力下获得的流量，而维持这个流量则要求滤器是均匀清洁的。

2)旋分：利用高速注入的水流形成旋转运动产生离心力，使得水中颗粒物质分离出来。颗粒物分离的有效性取决于水质、颗粒物尺寸、旋转速度和停留时间。旋分技术对大颗粒物更加有效，为此有的在旋分前加入絮凝剂使颗粒物凝结成较大的颗粒。

1.2.2 化学处理法

化学处理法通常使用消毒剂或杀虫剂，在加装的压载水中投放消毒剂和/或有机杀虫剂，或通过投放添加剂杀灭有害水生物。如氯化法、电解氯、臭氧法、二氧化氯（漂白粉）、过氧乙酸、过氧化氢、维生素K3（杀真菌剂）。其优点是对微生物处理非常有效，是目前被广泛接受的一种方法。缺点是化学药剂对船员的健康和安全、对泵和管系以及压载舱可能产生不利影响。采用化学处理法还须严格控制对环境的不利影响。每种化学物质的处理能力（剂量）和目标微生物有所不同，必须对处理后的压载水中的残余化学剂进行还原消除，如用硫代硫酸钠去除残余氯化物等。

1)氧化法：利用臭氧或过氧化氢在环境中易释放出新生态氧，使生物体中的酶变性达到杀灭的目的。

2)氯化法：利用漂白粉、氯气及其衍生物分解产生次亚氯酸，进一步分解生成新生态氧和氯气，通过氧化和氯化作用灭杀生物和细菌。

1.2.3 物理处理法

物理处理法通过紫外线、超声波、加热的方法破坏、抑制微生物和细菌的存活条件。其优点是对微生物处理非常有效，且对环境无害。缺点是某些微生物不受这种方法的影响，需要附加工作管系。而加热法，可能对船上装载的货物和长期使用的泵及管系存在不利影响。

1)紫外线（UV）灭活技术：是目前最为广泛采用的一种方法之一。利用放在石英套管中的汞灯产生不同强度和波长的紫外线，能处理大小不同的微生物。处理范围较广，包括病菌及孢子。UV法的最大障碍是对水处理的洁净度要求高，需要有良好的UV穿透力和干净的石英套管。水的浊度是UV系统的关键。UV法一般还被辅以其他反应剂，如臭氧、过氧化氢或二氧化钛，可以加强氧化作用。

2)脱氧法：往压载水中注入惰性气体，降低压载水中氧的含量，使微生物窒息死亡。

3)气穴或超声法：都是作用于微生物的表面，通过气穴的破裂破坏细胞壁，达到灭活效果。单纯超声法的有效性还没有被有力地证明，有些系统还同时采用化学法达到生物灭活效果。

4)加热法：温度在38～50℃，持续加热2～4h，可杀灭大部分生物，但如果生物以休眠孢子形式存在的话，可能不一定杀灭，并在合适的条件下萌发生长。这样，就需要更高的温度才能杀灭。然而，大量压载水加热，耗能大，而且温度过高会加速舱壁锈蚀和设备损坏等。

2 压载水处理系统方案

综上所述，许多处理系统还存在着各种各样的问题或缺点，如使用电解海水法对淡水压载水没有处理能力；使用紫外线法对浊度大的压载水处理能力有限、再加上某些处理系统的体积过于庞大，功率消耗太大等都制约着处理系统在船舶上应用。目前，几乎没有一个处理系统对所有类型的船舶都适用。为使船舶压载水对环境影响降到最低，保证压载水排放符合公约要求，在选择压载水处理系统时应综合考虑以下因素：

1)船舶及其营运特点；

2)处理技术；

3)对处理系统一般考虑（认可证书等）；

4)系统在船安装。

2.1 船舶及其营运特点

2.1.1 船型及压载水系统一般特点

大多数情况下，根据船舶类型来选择合适的处理系统。基于船舶总压载能力、在任一港口的压载水排放量和压载水流量的差异，船型可分成两组：一组是压载依赖高的船舶，如油轮和散货船;另一组是压载依赖低的船舶，如集装箱船，杂货船，游船。还有些船舶不属于压载依赖高/低的类别，这些船舶可能包括2个或多个压载系统，如某些油船常有两处压载舱，一处在货物区域，另一处在货舱后，有的船舶还利用喷射器排放压载水，这类船舶的特点对处理系统的选用也是有影响的。

表1 各船型压载水舱容及压载泵排量

2.1.2 压载水操作

压载水处理系统的尺寸取决于需要处理的压载水量及最大流量。同时需要考虑的是压载舱内沉积物（淤泥）的影响。由于淤泥本身含有入侵物种，会污染打进的压载水，这就需要在压载水打进或排放时对压载水进行处理。

2.1.3 压载水特性

水的浊度、盐度和泥沙含量会影响处理技术的功效、维护或者维护可靠性。如果经常靠泊的港口水中泥沙含量高或者盐度低，选择处理装置时，应考虑这些因素。

2.1.4 船舶服务特性

船舶的贸易航线也是选择处理装置的因素之一。例如，某类船舶不在美国排放压载水，所以就可不必适用美国的相关法规，满足 IMO的相关规定即可。对于很少至美国或其他有特殊排放要求区域的船舶，如果为满足地方要求则需要采取昂贵的处理措施，可通过压载水管理手段避免排放或者利用岸上设施（如有），避免增加额外的处理能力。

2.2 处理技术因素

各个压载水处理系统都有其基本特性，这些特性可能会对特定类型、航线或压载水流量的船舶有一定影响，也即对处理系统的适用性有一定影响。

2.2.1 设备尺寸和空间要求

不同处理系统的形状和尺寸差别很大。例如，对于设计能力为200m3/h的处理系统，其占地面积约在1～25m2不等，对于设计能力2000m3/h的处理系统，约在1～100m2不等。某些处理系统需要从船舶压载管路上安装支线管路，这种管路的安装影响甚至会超过处理系统本身的安装。此外，还应考虑给安装的处理系统留有合适的维护通道，包括梯子、平台、照明、吊车轨道、吊眼以及清洁内部部件及储存和处置消耗品的处所，该处所（处所也可以在机舱外）也需要消防系统和通风系统等。

2.2.2 材料、设备防护等级及危险处所

处理装置及其所用材料的防护等级（IP等级）和防火等级应满足船级社对其安装的要求。此外，还需特别注意处理系统安装在危险处所时对设备的防爆要求，如安装在货泵间的设备必须是安全火花型（EX ia或EX ib），而对安装在机舱的设备，没有防爆等级要求。

2.2.3 功率要求

有些处理系统功率很大，如紫外线系统、电解系统和脱氧系统在2000m3流量时，功率消耗可达150～200kW，也会增加不少操作费用。

2.2.4 对压载舱及管系的腐蚀影响

压载水处理系统会改变压载水中化学成分或者压载舱中大气成分，如果设计和操作不当，会破坏压载舱涂层，加速压载舱和管系的腐蚀。

2.2.5 安全和健康（操作和维护）

使用化学抗生物剂和其他活性物质，将增加船上操作人员健康和安全的风险，包括对环境的风险。对使用活性物质，制造商应提供材料安全数据单（MSDS）,说明储存和处理程序、处理水的最大浓度和排放时最大浓度。需要注意的是，各港口当局可能对压载水中活性物质的排放浓度要求不一样，经常航行在敏感区域的船舶在选择处理系统时，更应注意到这一点。制造商应书面确认经处理的压载水符合船舶所到区域的有关规定。选择处理系统时，还应考虑船员的技能培训以及处理风险的能力。

2.3 处理系统一般考虑

选择压载水处理系统时，除考虑船型和处理技术的特点外，还应考虑如下因素：

2.3.1 认可证书

压载水处理系统应持有经主管机关签发的型式认可证书。

2.3.2 供应商的资质和信誉

供应商应能按时且保质保量提供产品。即使某种型号的产品已经过主管机关的型式认可，但后续产品的制造质量和可靠性可能不得而知，需要继续关注。

2.3.3 维护要求和系统可靠性

对于使用成熟技术或船用部件的压载水处理系统，可很好地评估其可靠性。对于某些新开发的处理系统，由于缺少工作经验，其可靠性可以通过系统的复杂性来指示，如：滤器、紫外线灯区域、化学品投放系统、船员对处理系统的常规维护以及氯和其他化学品的生成系统等。通常组成复杂的处理系统，其可靠性相对会受到影响。

2.3.4 控制和监测操作

所有处理系统应该提供一个易于操作的遥控配电板，该遥控板可布置在压载主控制板上，也可在主控制板附近另设。遥控配电板应包括关键阀及系统操作指示灯。大多数系统都在机器附近提供了主控制板，以便于机旁操作。船东可决定将主控制系统、警报系统以及监测系统整合在一起。

处理系统应有应急旁通操作功能，旁通时应激发警报，控制设备应对旁通操作进行记录。系统应包括可视警报，当系统在清洁、校正或者修理时，警报应被激发，控制设备应将生疏活动记录下来。

2.3.5 生命周期费用

除考虑购置成本外，还应考虑操作成本。操作成本包括：

1)能量要求。包括电功率或燃油（用于产生臭氧、惰性气体和其他灭杀生物剂）；

2)消耗品。如化学品、灯和滤器元件；

3)船员操作活动。包括培训；

4)定期维护及部件更换。

2.4 安装

处理系统对压载系统产生的背压及潜在的流量减少、功率消耗要求、控制系统的整合、空间要求以及装置入口都是安装系统时所需考虑的事项。对现有船除应考虑上述事项，还应考虑以下因素：

2.4.1 进水和排放水的隔离

安装时，管系设计应避免进水和排放水的交叉污染，管系中的阀应能密封关闭。

2.4.2 取样

应安装取样装置，以用于港口国检查等。

2.4.3 保持灵活性

对于某些特定的船舶，不必提供全部压载系统最大流量的处理能力，例如，正常操作过程中，对压载要求不高的船舶，处理系统无须有大能量的处理泵。压载水在排放前，如果在舱内使用带喷射器的扫舱系统，或者喷射器的驱动水来自经处理的压载水，可不必对该扫舱系统给予特殊关注。

2.4.4 获得船舶初始信息

对现有船舶安装处理装置应先获得船舶出厂时的压载管系图和机舱布置图以及可能影响安装的其他系统和装置图纸，包括装置的吊装点位置等，以便顺利安装。

3 结 语

压载水处理系统的选用和安装是一个非常复杂的工程，受到船舶特点、处理技术、系统处理能力等诸多因素的限制。目前，几乎所有系统都存在着尺寸过大、或功率消耗大、或对水质的要求较高（如盐度、浊度等）、或核心部件昂贵、或使用寿命短、或安全性需特别考虑（如，采用电解海水法的系统会产生氢气）、或维护保养工作繁琐等缺陷，因此还没有哪种处理系统能适用所有类型的船舶。研发和生产单位还需进一步改变当前的状况，尽快研制出体积小、成本更低、寿命更长、更节能、更安全、适用范围广和维护保养简便的新型压载水处理系统，为保护海洋环境，作出更大的贡献。

[1] 江彦桥.海洋船舶防污染技术[M].上海：上海交通大学出版社，2000.

[2] Lloyds Register.Ballast Water Treatment Technology Current status[S].2010.2.

[3] ABS.Ballast Water Treatment Advisory[S].2010.8.

[4] IMO.Report of the marine environment protection committee on its sixtieth session[S].2010.4.

[5] IMO.Report of the marine environment protection committee on its sixty-first session[S].2010.10.