船舶压载水处理技术及其产业化应用成果

曹伟

摘 要：介绍目前国际船舶压载水处理的相关规范及发展趋势，综合分析国内外开发与应用的主要压载水处理技术的原理和特

点。着重阐述采用纯物理方法“过滤+紫外”技术路线设计生产的中远“海盾”压载水处理系统及其产业化应用成果现状。

关键词：船舶压载水 处理技术 产业化应用

目前，船舶运输是全球物流链中重要的一环，国际贸易中的80%以上货物通过船舶转运。船舶空载时为了保持一定的吃水深度不至于倾覆，在起航时要将一定量的海水抽进舱底以增强抗风浪能力，到载货时再将水放出，这部分海水称为船舶压载水。远洋船舶在注入和排放压载水的同时，引起有害水生物和病原体的跨海域传播，压载水的无控制排放对海洋生态、公众健康造成严重危害，由此引起的海洋生态破坏事故不胜枚举，全球环保基金组织（GEF）将其列为海洋四大危害之一。如近年香港等地发生的压载水传播细菌造成红潮使鱼、贝类感染并导致人类食物中毒和渔业破坏；亚洲北部生长的藻类由于压载水排放已入侵南澳大利亚并迅速取代当地海床生物群落等等。

压载水处理技术分析

目前，国内外处理船舶压载水的方法有25种之多，但总体来说，依据处理原理的差异可以划分为物理处理和化学处理两种类型。

1、物理处理方法

物理处理方法通过不同手段分离、排除或灭杀海水中的危害性生物与物质，主要手段包括过滤、离心分离、加热、光辐射、稀释与置换等。

过滤是一种通过过滤装置滤除海水中的一定体积微生物或其他污染物的处理方法。过滤法可直接滤除部分外来生物，通过选择合适的网目，可以有效地去除不同的生物种群。目前开发使用的过滤方法包括超滤、纳滤等过滤膜件。该方法原理简单、安装方便、初装成本相对不高。过滤法被认为是一种对环境危害最小的压载水处理方法，但在大型船舶中很难用于处理大量的压载水，处理效果有限，无法单独处理压载水。

旋流分离法是利用水流在管路中高速流动产生的分离作用，将液体的水和固体的生物与病原体分离开。这种方法可以除去大多数多细胞动物和植物、卵、幼虫和有害的病原体细菌，但是比重和海水相近的生物和颗粒难以去除，处理效果受到限制。

加热法是将海水加热到38℃—45℃，并保持一段时间，可杀灭大部分的水生物。利用船舶柴油机冷却水的余热加热压载水，达到杀灭有害水生物的目的，还可以合理利用能量，不会造成二次污染。但是该方法受到航线长短、压载水数量、环境温度等诸多条件影响，并且当海水温度达到50℃—55℃时，会引起大量盐分析出，形成积垢腐蚀船舶舱壁。

光辐射方法应用较多的光频段是加热与烧灼能力强的紫外线，紫外线用于杀菌消毒在其他行业已经有了较多的应用实例。紫外线处理装置对杀灭海洋细菌、病毒与细小微生物非常有效，处理过程不会产生二次污染，装置操作管理简便，运行成本低。但该方法不能杀死所有有害生物，当海水污浊度较大时，其效果会受到影响，因此该方法与过滤法配合使用效果最佳。

稀释法是通过管路的设计，将清洁的海水从压载舱顶部注入同时从底部排出的方法，稀释法因设计船舶设备、管路的改进或添置，因此仅仅在新船上使用。

2、化学处理方法

化学法主要是通过改变压载水中某些化学物质或元素的含量，以创造压载水内有害细菌与微生物抑制环境来进行压载水处理。

臭氧法。臭氧是一种强氧化剂，在环境中产生氧原子能迅速杀死压载水中的微生物和病原体，而且不存在二次污染问题。但是臭氧处于一种高度不稳定状态，只能通过臭氧发生设备现场制备，费用较高，需要较高的管理维护水平，因此该用于船上压载水处理存在一定困难和问题。

氯化法。该法利用漂白剂、氯气及其衍生物对处理压载水用以去除浮游植物和原生动物以及细菌是可行的，但对于不同的目标生物所需氯含量不同。一般的少量氯对杀死压载水中的细菌有明显效果，而对于浮游藻类，因为耐受性强，需要较高的有效氯含量进行处理。此外，压载水中氯含量过高也会造成二次污染。

压载水处理技术的产业化应用

从原理上分析，能够实现压载水处理的方法与途径较多，但是涉及实际的应用必须考虑效能、装船可行性、运行成本、对船总体的影响等一系列问题。从目前已经开发投入市场的产品分析，基于物理处理法和化学处理法的处理技术设备均有各自的特点，有些技术设备已有较好的装船应用经验，其中，由中远和清华大学联合研制的“海盾”压载水处理系统设备就是成功案例之一。

“海盾”压载水处理系统（如图1）是中远集团下属企业中远造船工业公司和清华大学共同研发的模块化压载水处理系统。该系统历时4年，经开发、设计、样机制作、岸基试验、装船试验、环境评审、功能评审等环节的工作，获得国家专利9项，通过了国际海事组织的初始认可、国家海事局的最终认可，获得了中国船级社的型式认可证书，达到了实船应用水平，通过了科技部验收，入选科技部举办的“十一五国家重大科技成就展”，获得了科技部等四部委共同颁发的“2011年度国家重点新产品”证书。

该船用压载水处理系统注册商标为“海盾（BLUE OCEAN SHIELD）”（BOS），是一套综合生物科学、材料科学、流体力学、光学、环境科学、船舶设计等多学科的综合性应用系统，属于全新的创新型科技。海盾压载水管理系统采用纯物理方法的“过滤+紫外”技术路线，首先通过过滤方式去除水体中的50微米以上的生物体，再采取紫外线照射杀灭水体中小于50微米的生物体。该系统是以国际海事组织（IMO）《2004 年国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》的要求为基本出发点，综合考虑国际法规、船舶技术方案和生态保护等方面进行设计研发，符合该公约对船舶压载水排放的生物有效性和生态安全性指标要求。该产品具有绿色环保、灭活效果明显、体积小、重量轻、技术先进、可靠性高、技术成熟等优点，技术总体达到国内领先水平、国际相同产品同等水平。

海盾（BOS）系统由全自动反冲洗过滤器（ 包含反冲洗气瓶）、紫外灭活器（包含紫外电源柜），和集成控制系统三个部分构成。全自动反冲洗过滤器包括一个或多个并联的过滤器单元，并配有一个辅助气瓶。过滤器的职能是去除过流的待处理压载水中50 微米以上的颗粒物。过滤器去除大型浮游生物的同时，可以提升待处理压载水的透光率，提高后续紫外灭活的效率。全自动反冲洗过滤器可以在5 秒钟内自动完成过滤器的再生，确保水处理的连续性。紫外灭活器包括一个或多个并联的紫外反应器，以及与其配套的紫外电源柜。紫外灭活器的职能是杀灭待处理压载水中的浮游生物和微生物。在完成生物灭活的同时，紫外线对水体的化学成分没有显著影响，是一种安全、高效、环保的水处理手段。集成控制系统包括一个现场控制箱和一系列传感器和执行器件。用户也可以选配一个远程控制箱，用于压载水处理设备的远程控制。集成控制系统的职能包括：人机界面职能、全自动的系统工作过程控制、手动控制职能、设备的故障记录和报警职能、设备运行状况记录职能。在集成控制系统内，过滤器和紫外灭活器以及BOS系统内的阀门实现了协调动作，最大程度地确保了设备的连续稳定运行，降低了操作人员的劳动强度。

在船舶注入压载水期间，海盾（BOS）系统运行在压载模式下（如图2），压载水从海底门由压载泵吸入后，流过过滤器和紫外反应器后，注入压载舱。过滤器利用压载泵提供的压力强制压载水通过过滤器内的过滤面，去除50微米以上的生物体和大颗粒杂质，实现紫外灭活前的预处理。紫外反应器内高强度紫外线直接灭活过滤后压载水内的浮游生物和微生物后，将处理后的压载水注入压载舱。海盾（BOS）系统在压载模式下的工作流程是在全自动状态下协调地完成的，操作人员无需人工参与。在过滤器完成自清洗动作期间，海盾（BOS）系统可以自动调整紫外反应器的运行状态，确保过滤器出水流量的波动不会影响紫外反应器的灭活效果。

在船舶卸载压载水期间，海盾（BOS）系统运行在排载模式下（如图3），压载水经压载泵泵出压载舱后，流过BOS 系统内的过滤器旁路，进入紫外反应器做灭活处理，之后通过出海口排到舷外。

基于“海盾”（BOS）良好产品情况，中远造船工业公司与山东威达集团有限公司成立威海中远造船科技有限公司，全面迈开了产品装船应用的步伐，将压载水科技产品产业化落到了实处。截至目前，威海科技的“海盾”压载水处理系统已经完成了30余条船的安装设计方案，涵盖集装箱船、散货轮、油轮、重吊船等船型，并已在中国、希腊、香港等共4条船上完成了实船安装，投入了使用。到目前为止，产品最长的使用期已近2年，从环保性、操控性、方便性、可靠性等方面都取得良好的效果。

纵观国内外，压载水处理技术与设备在国际相关环保公约逐步实施的大背景下取得了快速的发展，各种原理功能与型式的处理系统不断推向市场。虽然本文介绍的海盾（BOS）压载水处理系统具有诸多优点并已初步取得产业化成果，但是压载水处理技术还未完全成熟，处理和排放的部分标准有待进一步完善，相信在不久的将来，随着科技的进步船舶压载水的排放会变得更加安全可靠。

（作者单位：中远造船工业公司）