船舶压载水处理系统研究报告

谢浩武 中远海运特种运输股份有限公司

1.《压载水公约》的有关要件

1.1 公约发展概况

随着海运贸易的发展，由压载水带来的生态入侵被全球环境基金组织(GEF)确认为当前危害海洋的四大威胁之一。

1992年联合国环境与发展大会(UNCED)和2002年世界可持续发展峰会(WSSD)要求IMO制定具有法律约束性的《压载水公约》。

压载水公约(包括文本、规则、导则)于2004年在IMO外交会议上最终通过。

2015年，基于公约生效前存在的取样等问题，IMO决定对压载水公约引入“经验积累期”，决定在公约生效后的一段时间内，主管机关不应基于压载水取样结果进行处罚。

2016.9.8 《压载水公约》缔约国商船总吨位所占比例为35.14%，加上芬兰的加入，使本公约达到生效条件的国家数量达到52个(总吨位所占比例超过35%，超过30个国家)将在1年后正式生效。

2017.7，MEPC71将现有船舶压载水排放标准（D-2）的实施时间推迟两年。

2017.9.8，压载水公约生效。我国还没有加入，不能享受公约的优惠原则。

2018.10，中国递交文书，公约将于2019.1.22对我国生效。届时，按照《压载水公约》，我国海事机构可以开展检查。我国《压载水公约》的“经验积累期”为2019.1.22-2023.12.31。在经验积累期内，不因试验目的的取样超标进行处罚。

1.2 D-1 压载水置换标准

《公约》对更换压载水的标准作了明确规定，即D-1标准：换水量达到压载水量的95%、排水量3倍的200海里/200米水深或指定区域(《公约》生效前和生效后是船舶安装压载水管理系统BW M S前应采用的压载水处理标准)；本条标准的船舶压载水体积交换效率应至少为95%，每座压载水舱容积应大于3 倍，采用泵透（含溢流法Flow-throughmethod和稀释法Dilutionmethod）换装压载水的船舶，如船舶能证明达到95%的体积交换也可接受。开始强制实施D-2标准之前，将有一段只要求符合D-1标准的过渡期。

1.3 D-2 压载水处理标准

《公约》明确规定压载水的（D-2标准），即规定了可以在水中生存的生物种类和数量。D-2标准解读见表1。

表1 D-2标准

1.4 D-2标准生效日的诠释

《压载水公约》中对船舶的要求是必须满足D2标准才能排放经过处理的压载水，而D2标准的生效并不以《公约》生效为前提。这是因为虽然公约的生效日期是不确定的，但是公约中D2标准的生效日是明确规定了各种类型的船舶，并且该条款具有可追溯性，这就意味着船舶安装满足D2标准压载水管理系统的要求是强制性的，因此船舶，特别是新造船舶在设计船舶时必须考虑这一要求，无论该公约是否生效，无论缔约国是否生效。

IMO标准下，不同建造年份和压载舱容积的船舶相适用情况，如表2所示。

表2 不同建造年份和压载舱容积的船舶相适用情况

各类型船舶相对于IMO标准的适用情况的解释如下：①2009年建造的最迟于2011年12月31日达到D-2标准的压载舱容积小于5000M3的船舶。②2016年以前，在满足D-1标准的条件下，特定建造年限和压载舱尺寸的船舶，允许在一定期限内以等效的压载水处理方式更换压载水。③2016年以后适用于全部公约的船舶，必须满足D-2标准。

2.典型压载水系统（BWMS）

2.1 概述

典型处理系统（BW MS）的组成，如表3所示。

表3 处理系统(BWMS)的典型零部件

各处理系统各有特点，如淡水压载水不能使用电解海水法处理装置；浊度大的压载水不能使用紫外线法处理；采用化学杀灭剂和脱氧法通常受泵流率的影响并不太大，而主要是让压载水在舱内保存时间达到预计杀灭率，这种方法可能不适用于航程较短的船舶。

综合以上种种原因，目前能适用于所有船只的处理系统几乎没有。许多处理系统是将两种或更多的技术组合在一起，以便更好地发挥各种压载水处理技术的优点，避免缺点。

各压载水处理系统都有其基本特性，即在一定程度上影响了处理系统的应用范围。基本的处理方法和技术可分为：机械法(过滤或分离)，物理消毒法(紫外线照射，气穴现象，脱氧等)，化学处理法(抗微生物剂和药剂)。各技术的自身特性对某一具体船舶的适用性都会产生影响。大多数的加工系统是为了克服单一技术的不足而采用上述技术组合而成的。

1）机械法：要求在滤清器、旋转器或其它分离器上流过所有的压载水。大流量的压载水处理对设备的尺寸要求是相对较大的。若用于压载水外排，船内必须保留大量滤渣，会加重船舶负担。

2）物理杀菌法：通常在压载水被打进排出时进行紫外线处理，水的浊度会影响光线的穿透能力，而水的浊度又会影响其有效性。

3）化学处理：加药量要适量，作用时间短，但过量的药物会残留在压载舱内，所以为了保证不对排放环境造成伤害，通常需要中和处理水中的药物。此外，如果药物在压舱内浓度过高，也有可能对压舱壁产生腐蚀作用。

2.2 预处理设备优缺点对比（见表4）

表4 预处理设备优缺点

不同船型所使用的压载水处理装置的制造厂家不同，所使用的预处理设备也不同，因预处理可以有效地减少沉积物，其优点如下：①防止沉积物堆积在压载舱内；②减少机舱堆积物，提高载重量；③降低油耗。

2.3 杀菌设备优缺点对比

除菌设备优劣对比，见表5。

表5 杀菌设备优缺点

2.4 压载水处理系统类型

压载水处理系统可根据压载水安装、贮存、排放过程中处理阶段的不同，将其分为前部分处理(压载水安装时处理)、中间部分处理(压载舱内处理)、后部处理(排放时处理)和这几种处理方式相结合的处理方式。压载水的过滤措施几乎所有的处理系统都是首先采用的，但一般只能通过过滤去除大的有机物和杂质，对水生物不能起到杀灭作用，所以过滤对于压载水处理系统来说只能是一种常见的辅助手段。

2.5 处理方式的分类

经IMO认可的有7种处理方法：

1）过滤法。将栖息在海水中的微生物等用过滤器过滤掉，这是最常规的一种处理手段。浮游生物等微生物如滤网较小也可除去，但也会引起滤网堵塞，清洁工作需要经常进行。此外，若使用过小的滤网，会对水流速度造成影响，所以限制了网眼的尺寸。目前在大型海洋生物去除的前期处理工作中，大多采用过滤器的方法来处理刚被吸收的海水。

2）空气气泡及流体压强。这种方法和过滤处理法一样，都是在管路中设置过滤装置，但不同的是，它安装的是板状过滤装置，板与板之间有一个微小的空隙，会将经过空隙的海洋生物剪断或压碎。虽然由于是在管路中设置影响流速的设备，因此需要加大将海水送至压载水舱的压力，所以并不会造成堵塞现象。

3）机械加工方式。这种方法是先预处理刚吸收的压载水，在水中放入凝结剂或磁粉，使微生物凝结成直径约1mm的微粒，再经过磁铁过滤或滤网(magnetic)进行处理。该方法可以看作是一种由于需要经过机械处理过程，因此需要一定的设备空间，因此从过滤处理方法演化而来的方法。此外，细菌在凝结过程中，不需要注入化学试剂杀灭病原体，但微生物除外，细菌也会凝结成颗粒。

4）紫外线处理方法。被紫外线直接照射的生物或细菌会使DNA遭到破坏而死亡。利用这一点，通过紫外线照射可以消除水中的微生物、致病菌等。

5）氯化法处理方法。利用氯化物具有与紫外线同样的杀菌作用。其中二氧化氯、次氯酸钠、次氯酸钙等都是可以利用的氯化物。但在使用氯化物杀菌处理压载水时会有残留物，在排放时需要将水中氯含量降至安全范围内，否则就会出现二次污染的问题。

6）臭氧处理法。这种方法是将水中的微生物、病原体等利用臭氧的强氧化特性进行杀灭。若配备有臭氧生成装置，则无需将化学试剂投入压载水中，可继续处理压载水。但臭氧不仅对人体有害，而且对整个压载水系统链都有腐蚀的可能，包括压载水舱都会受到危害，因此一定要有相应的保护措施。

7）加热的方法。基本上所有的生物都会在高温下灭绝，所以加热法对去除水中的微生物和致病菌可以说是非常有效的方法。但大量的载水量要加热并在短时间内维持一定的温度，这在大型船舶使用时是非常困难的。

归纳以上7种处理方法，大致可分为：物理处理法；机械处理法；化学处理法；加热法。

2.6 压载水处理装置处理方式优劣比较

物理性固体—液体分离处理方法优缺点对比见表6，消毒—化学性与物理性处理方法优缺点对比见表7。

表6 物理性固态-液态分离处理法优劣对比

表7 消毒—化学性与物理性处理方法优缺点

3.压载水处理系统常见故障

表8所示是压载水处理系统常见故障（根据大量船舶实际经验使用收集）。

表8 常见故障

4.管理的注意事项

（1）压载舱及管系腐蚀：对于可能改变压载水中化学成分或压载舱中大气成分的某些压载水处理技术，若操作不当，会对压载舱涂层造成破坏，使压载舱及管系腐蚀加速。

（2）危险化学品的储存：某些种类的压载水处理系统使用了影响船上作业人员健康和安全风险的化学抗生物剂和活性物质，如臭氧、双氧水、二氧化氯和过氧乙酸等化学物质。经常在敏感区域航行的船只要重视，经处理后的压载水应符合船舶到达作业区的相关规定。因为给操作人员增加了有害物质管理的负担，操作人员的技能和训练以及处理安全风险的能力也要考虑进去。

（3）处理系统压降：基本全部压载水处理系统都会造成压载水流量减少，压力降低。如某些自动冲洗滤镜或旋转器，可能会使压头损失约10%；采用UV除菌技术的处理系统，会使压载水流全部经过处理系统，同时使泵的流量受到背压增加的影响，从而在消耗更多动力的同时导致压载运行时间延长。

5.船舶压载水处理装置的保养及各部件的生命周期

（1）通过对压载水处理装置各系统的零部件的维护保养周期和备件的生命周期的大量数据统计和收集研究，结合厂家推荐的数据得出，机械模块每六月进行检查，2年进行更换；电器模块每月进行检查，2年进行更换。

（2）通过对压载水处理系统各系统的统计，归纳总结，建议常备备件如下所示：

①机械方面：防尘圈，单筒滤器每二年建议更换1只，多筒根据滤芯数量配备＊1；密封圈，单筒滤器每二年建议更换2只，多筒根据滤芯数量配备＊2；吸污装置(吸嘴），建议备用一套滤器备件，建议每次坞修周期更换；各部密封胶圈，建议备用一套滤器检修包备件；压差变松器，建议备用1只；滤器滤芯，备用1只。

②电气方面：系统控制箱内继电器，建议配备1只备用，备件箱内有一只；系统控制箱内模块，建议配备1个模拟量输入输出模块；保险柜内的保险丝，保险柜内装有3只；镇流器，备用2只。

③紫外反应器方面：压力传感器，备用1只；温度传感器，备用1只；光强传感器，备用1只；紫外灯管，备用数量根据实际设备而定，使用大约3OOO小时建议更换；石英套管，备用数量根据实际设备而定。

④其他：排污泵机械水封，建议每台泵配1只。

以上备件是每台搭配的建议数量，如果船上安装多台设备，可以在建议数量的基础上翻倍。实际船存数量请考虑真实运用的实际情况。

6.结论和论述

压载水处理装置可对生物污垢的形成和增加进行控制和管理，有助于降低入侵水生物种转移所带来的风险，是提高船舶能源利用效率和减少排放的有效工具。

不同的处理系统的组合能让压载水处理装置的处理方式更安全、环保、高效。适用于不同的工作环境，能更好得达到处理效果。所以对不同系统的不同设备的管理就需要形成清单化，零部件的生命周期到期前尽量更换完成，保证系统随时可用，是此文章的主要目的。

作为新开发的船舶应用技术，压载水处量系统的可靠性相对较低，因为缺乏使用经验，经常会出现：过滤器、UV灯区、化学品投放系统、生成系统的氯或其他化学品等各种故障。因为处理系统是由不同的系统组合而成，相对来说会影响到它的可靠性。所以对系统的维护保养就极其重要，需要严格按照操作手册执行，再结合具体船舶的特性进行改进，按照零部件的生命周期更换易损件。不仅可以减轻操作人员保养负担，设备的使用故障率也会降低。