船舶壓載水處理
    一、前言
    船舶壓載水中含有大量的細菌、病毒及各種海洋類動植物，伴隨船舶的航行及壓載水的排放，少部分有害水生物會存活下來并對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成破壞性的影響。為有效地控制和防止船舶壓載水有害水生物和病原體的傳播，國際海事組織（IMO）于2004年2月13日通過了《國際船舶壓載水及沉積物控制與管理公約》（以下簡稱《壓載水管理公約》），要求全部現(xiàn)有的船舶不得晚于2016年底配備IMO認可的壓載水處理系統(tǒng)。為了應(yīng)對這一要求，不同國家的生產(chǎn)商爭相研究壓載水處理方法及相關(guān)設(shè)備的制造并進行商業(yè)推廣。
    二、IMO《壓載水管理公約》概述
    1.公約的生效日期
    該公約規(guī)定，從2009年起新造船舶必須安裝壓載水處理設(shè)備，并對現(xiàn)有船舶實施追溯。到2016年，所有遠洋船舶均須安裝壓載水處理設(shè)備。根據(jù)慣例規(guī)定[1]，本公約應(yīng)在其合計商船隊不少于世界商船總噸位的35%的至少30個國家簽署公約并對其批準、接受或核準無保留或按第17條（公約）交存了必要的批準、接受、核準或加入文件之日起12個月后生效。截至2010年8月，共有26個國家（占24.44%總噸位）批準了該公約。為促使公約的實施，歐美國家已開始單邊采取相應(yīng)措施，而美國對壓載水的處理要求是IMO公約規(guī)定標準的100倍。
    2.船舶壓載水性能標準
    該公約將壓載水標準分為兩個層次，即D-1壓載水置換標準和D-2壓載水性能標準。D-1標準要求使用物理（如注入）方法，該方法已被廣泛應(yīng)用，但它是船舶壓載水處理技術(shù)發(fā)展過程中的一種過渡性的壓載水排放標準；而D-2標準要求使用生化法，需通過壓載水處理設(shè)備對壓載水中的有害水生物及病原體進行殺滅，則是船舶壓載水排放控制的最終標準。按照IMO公約的要求，2009年建造的部分新船應(yīng)滿足D-2要求，到2016年所有的船舶都應(yīng)滿足D-2要求。
    3.公約批準過程
    根據(jù)公約的要求，壓載水管理系統(tǒng)必須得到船旗國主管機關(guān)簽發(fā)的型式認可證書，如圖1所示，以確認其符合公約D-2規(guī)則中壓載水排放標準。在處理過程中產(chǎn)生和使用活性物質(zhì)的壓載水管理系統(tǒng)還必須得到IMO的批準。IMO對使用活性物質(zhì)的壓載水管理系統(tǒng)的審議過程遵照壓載水公約導(dǎo)則——《使用活性物質(zhì)的壓載水管理系統(tǒng)批準程序?qū)t》（G9），批準過程包括初步批準和最終批準。
    
    三、壓載水處理技術(shù)的應(yīng)用及影響
    1.壓載水處理技術(shù)
    船舶壓載水處理技術(shù)多源于市政和工業(yè)污水處理，但其應(yīng)用受到諸多關(guān)鍵技術(shù)的制約，如場地、二次腐蝕、費用和處理效能等?，F(xiàn)行船舶采用的基本是IMO推薦的深海壓載水置換法，但是它很難完全排除壓載水和沉淀物，而且在惡劣天氣下操作也不安全。目前國際上主要是利用生物的活性處理船舶壓載水：一類是非活性物質(zhì)處理方法，主要采用液項-固項分離法去除壓載水中存在的水生物和其他顆粒物質(zhì)；另一類技術(shù)是活性物質(zhì)處理方法，采用滅活壓載水水生物和微生物技術(shù)[2-4]，如圖2所示。
    
    非活性物理處理方法主要是固液分離，其原理是將固體懸浮顆粒物包括大型懸浮微生物從壓載水中分離出來，可以使用沉降法（利用顆粒物的自重）或表面過濾（使濾器的孔徑小于顆粒物或微生物的尺寸），但沉降法要求時間較長，因此不適用于船上應(yīng)用。滅活壓載水水生物和微生物技術(shù)是通過物理清除或化學(xué)消毒兩方面，達到殺死壓載水中病菌和微小生物體的目的。但物理消除和化學(xué)消毒過程都需要先通過固-液分離過程來降低物理化學(xué)處理的難度，同時需要對壓載水進行消毒并去除殘余物。物理清除主要有紫外線法、加熱法、超聲波、磁力法及電子脈沖等?；瘜W(xué)消毒主要有氯化法、臭氧法、二氧化氯法、雙氧水法等。上述壓載水處理方法都不能完全滿足船舶壓載水處理的要求，而通過聯(lián)合的技術(shù)至少部分有效、經(jīng)濟且適用于船舶，基本上是基于機械清除某些有機物后加以物理或化學(xué)的處理。目前國內(nèi)外開發(fā)商紛紛以這點為突破口進行壓載水處理系統(tǒng)的開發(fā)。
    2.壓載水處理技術(shù)的應(yīng)用
    目前，國外研發(fā)壓載水處理系統(tǒng)的開發(fā)商主要有：瑞典Alfa-Laval公司的PureBallast系統(tǒng)[3]，采用過濾和紫外線照射技術(shù)；挪威OceanSaver公司的OceanSaver系統(tǒng)，采用過濾、空穴、惰氣及電解混合技術(shù)；韓國TECHCROSS壓載水處理系統(tǒng)，采用通過海水直接電解產(chǎn)生NaCLO的殺菌方式來處理壓載水，NEI公司采用文士管脫氧方式壓載水處理系統(tǒng)；日本“Clear Ballast”結(jié)合絮凝與磁力分選技術(shù)壓載凈化系統(tǒng)。另外還有德國的SEDNA系統(tǒng)、RWO系統(tǒng)等等。國內(nèi)有青島雙瑞壓載水處理系統(tǒng)（BalClorTM），該系統(tǒng)已通過IMO最終認證，它是通過過濾、海水電解及中和優(yōu)化等設(shè)計，達到高效、經(jīng)濟、大容量處理水的目的，且對海洋環(huán)境無任何副作用，另外還有青島海德威德海洋衛(wèi)士采用超聲強化電子協(xié)同產(chǎn)生高級氧化物質(zhì)技術(shù)等等。以PureBallast壓載水處理系統(tǒng)（過濾加AOT技術(shù)）為例[3,5]，它采用了無化學(xué)藥劑技術(shù)，對環(huán)境影響較小，可自動處理，操作簡單，內(nèi)置自凈系統(tǒng)，維護費用低，使用范圍廣（設(shè)計處理能力為250~5000 m3/h）等特點，2007年獲得IMO基本認可和最終認可，并于2008年6月得到DNV的型式認可，目前已在全球銷售80多套產(chǎn)品，但其設(shè)備還不具備防爆要求。目前正在研發(fā)基于降低能耗、簡化操作、改進電力系統(tǒng)和提供防爆裝置的PureBallast2.0系統(tǒng)。
    PureBallast系統(tǒng)的主要設(shè)備有濾器、WalleniusAOT單元、CIP單元和流量計。其工作原理是基于優(yōu)先氧化還原技術(shù)，利用燈發(fā)出的光源照射到催化板上，產(chǎn)生活性極強的HO-，HO-去尋找有機物中的H+，兩者結(jié)合成水分子，以此來破壞細胞膜達到殺死細菌的目的。工作過程為：壓載水首先經(jīng)過一個過濾器，去掉水中大于50μm的有機體，這樣有助于減少壓載水艙中沉淀物的數(shù)量。然后水再進入一個消毒器，通過消毒器產(chǎn)生的活性物質(zhì)來分解通過濾器的有機體，得到符合標準的水，最后水進入壓載艙。排壓載水時，水不需再通過濾器，只要通過消毒器后即可直接排舷外。系統(tǒng)還配備一套自動清洗裝置，該裝置在消毒器每次處理完壓載水后對之進行反沖洗，以免長期使用形成的水垢影響設(shè)備的性能。整個過程無須任何準備工作或化學(xué)試劑的投放，完全自動化，操控員可以監(jiān)控警報并執(zhí)行本地或遙控操作，一個按鈕即可控制系統(tǒng)的啟動和停止，過濾器和光觸媒裝置（AOT）均備有自動清洗設(shè)備，光觸媒裝置的洗滌劑也不會對環(huán)境產(chǎn)生破壞。PureBallast系統(tǒng)工作流程如圖3所示。

    3.壓載水處理技術(shù)的影響
    隨著壓載水處理公約生效日期的臨近，船舶壓載水處理系統(tǒng)在實船上的逐漸應(yīng)用，其對船舶防腐材料及壓載艙金屬的影響日漸引人擔(dān)心。一些壓載水處理技術(shù)尤其是電解技術(shù)、氯生成技術(shù)和臭氧技術(shù)的系統(tǒng)等，可能會對壓載艙的防滲材料的防腐性起到相反作用，特別是IMO PSPC規(guī)則對壓載艙的要求在船舶壓載水處理系統(tǒng)的使用下是否還能夠滿足規(guī)則要求，處理系統(tǒng)中應(yīng)用的化學(xué)物質(zhì)是否對船體金屬壁產(chǎn)生二次腐蝕等。
    在這種情況下，國內(nèi)外的研究機構(gòu)紛紛對目前壓載水處理系統(tǒng)采用的方法進行相關(guān)研究。BMT船隊的科研成果表明，增加生物等效劑量的次氯酸鹽對標準船型涂料系統(tǒng)（油漆滲透性）沒有影響。大連海事大學(xué)宋永欣通過對電解法處理船舶壓載水對壓載艙腐蝕研究發(fā)現(xiàn)[6]，電解海水處理壓載水時會一定程度地影響壓載艙金屬的腐蝕，但這種情況是在涂層保護無效或損壞基礎(chǔ)上引起的，無論使用什么技術(shù)，這些問題都可能繼續(xù)下去，只不過一些壓載水處理系統(tǒng)加速了它的腐蝕。應(yīng)用臭氧技術(shù)的系統(tǒng)一般都加一個活性炭過濾器，使產(chǎn)生的O3通過活性炭過濾器的定時加熱然后通過透氣管排出船外，避免對船體金屬艙壁的腐蝕。根據(jù)技術(shù)領(lǐng)先的商用壓載水處理系統(tǒng)供應(yīng)商所作的獨立研究顯示，使用這些類型的壓載水處理系統(tǒng)不會對國際油漆涂層及金屬的正常性造成影響。
    四、結(jié)語隨著人們環(huán)境保護意識的增強及國際公約生效日期的日益臨近，壓載水處理系統(tǒng)裝船應(yīng)用已成定局。截至目前，全球已有15家研發(fā)商的壓載水處理系統(tǒng)通過IMO的最終批準，國外部分研發(fā)商的產(chǎn)品已在上百艘船舶上進行了應(yīng)用，而我國僅有青島雙瑞公司剛通過IMO最終認證，這就對我國壓載水處理系統(tǒng)的快速產(chǎn)業(yè)化和打破壟斷提出迫切要求。對于船廠及船公司來說，如何從安全、有效、空間、費用、操作、認證、船體破壞性、二次危害等方面進行分析，為特定船舶選擇最適合的壓載水處理系統(tǒng)方案，也已成為一個迫在眉睫的問題。
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