压载水处理系统研究进展

张 楷，方振东，杨 琴，冯云霄

(中国人民解放军后勤工程学院营房管理与环境工程系，重庆 401311)

为减轻压载水排放对生态环境的影响，IMO(International Maritime Organization，国际海事组织)于2004年2月颁布了《国际压载水沉积物控制与管理公约》［1］，要求2009年起新造船舶必须安装压载水处理设备，并对现有船舶实施追溯，到2016年所有远洋船舶必须安装压载水处理设备［2］。鉴于此，世界各国尤其是航运发达国家，广泛开展了压载水处理系统研发。据统计，截止2010年8月，已有16个国家研发出46套压载水处理系统［3］，其中24套压载水处理系统已获IMO初步批准和最终批准。

1 国外压载水处理系统介绍

1.1 德国

1.1.1 Clean Ballast处理系统

Clean Ballast处理系统不使用任何活性物质，采用圆盘式过滤［4］和电解消毒［5］工艺，处理流程如图1所示。压载水经圆盘式过滤后，悬浮固体颗粒在高沉淀状态下被清除，电解消毒装置利用高压电极产生羟基自由基 (·OH)深度处理，·OH标准氧化电位达2.8eV，攻击能力强，能有效灭杀细菌、病毒、藻类和原生动物［6］。电解消毒后的水作为圆盘式过滤装置的反冲洗用水，经排泄管排入污水舱或舷外。

1.1.2 SENDA处理系统

SENDA处理系统［7］是世界上第一个获得IMO最终批准并得到德国船级社颁发型式认可证书的系统。系统使用的活性物质是Peraclean Ocean［8］，其主要成分为:PAA(15%)，H2O2(14.3%)，CH3COOH(26.5%)，H2O(40%)和少量的稳定剂。PAA(CH3COOOH)这种生物灭杀剂，溶解后迅速分解为CH3COOH和O2，能杀死细菌、藻类、病毒甚至孢子，降解快，产物对环境无害［9］。SENDA系统处理压载水时分为三个步骤:①旋流分离器去除水中沉积物;②自动反冲洗过滤器去除＞50μm的固体颗粒;③浓度为150ppm的 Peraclean Ocean灭杀残留微生物。

1.2 美国

1.2.1 VOS处理系统

VOS(Venturi Oxygen Stripping) 处理系统［10］采用文丘里管脱氧技术在线处理压载水，如图2所示。船舶低硫燃料燃烧产生的废气，主要是N2和CO2，净化后通入文丘里管形成微泡环境，使管内溶解氧浓度10s内降低95%［11］，CO2使海水pH值降至5.5～6。实验表明，99%的浮游动物48h内被杀死，100h后，厌氧菌、病毒、病原体等所有生物存活率为0。VOS处理系统使压载舱腐蚀速率降低10%，每年节约80000美元的维护费用。

1.2.2 Hyde Guardian 处理系统

Hyde Guardian 处理系统［13－14］采用 “过滤 + 紫外辐射”的处理工艺。过滤分离盘去除压载水中50μm以上微生物，紫外消毒灭杀细菌、浮游植物和病原体，减压载时，再次经紫外辐射灭杀压载舱中生长繁殖的微生物［15］。

1.3 韩国

1.3.1 Electro－CleenTM处理系统

Electro－CleenTM处理系统由多个电解模块组成，如图3所示。海水中的Clˉ电解生成ClOˉ和少量的·OH，这些强氧化性的阴离子和自由基能有效去除有机物和灭杀微生物，抽样检测，满足G8－D2标准［16］。为控制压载管道Clˉ浓度，用CLC快速测定仪在线监测［17］;为控制排放时总残留氯量 (TRC)，用紫外分光光度计监测;监测结果中的TRC如果超过IMO限值，用硫代硫酸钠中和。船上测试表明，5d后压载舱中TRC＜2mg/L［18］，但电解海水对压载水管道的腐蚀速率是天然海水的1.3～1.7倍［19］。

1.3.2 NK－O3Blue Ballast处理系统

NK－O3Blue Ballast处理系统基于臭氧处理技术。臭氧具有不稳定性和强氧化性，能将海水中有机物不饱和键断裂，有效灭杀海水中的细菌、病毒和藻类。NK－O3Blue Ballast处理系统［20］由空气侧流注入装置和臭氧发生器组成，生成的臭氧通入压载舱后，减少了沉积物生成和微生物数量，抑制海水对压载舱的腐蚀速率。

1.4 挪威

1.4.1 Optimarin Ballast处理系统

Optimarin Ballast处理系统采用“膜技术+紫外辐射”处理工艺。压载水经BSF平面气态膜［21］分离50μm以上的微生物后，用可连续调节的高压紫外线反应器Mikrokill UV［22］深度处理残留浮游动物、藻类和细菌，压载水排放时，再次经Mikrokill UV处理。

1.4.2 Ocean Saver处理系统

Ocean Saver处理系统采用“过滤+电渗析+气穴”处理工艺。海水经过滤器去除50μm以上微生物，其中的小部分压载水 (约占处理系统流量的5%)电渗析分离后通入船上提炼的N2，进入气穴发生装置，形成低氧环境灭杀微生物。

1.5 瑞典

瑞典的PurBallast处理系统采用“过滤+高级氧化 (advancedoxidationtreatment)”处理 工艺［24～25］，如图 4。系统有三大处理单元: 滤器、AOT单元、CIP单元。处理过程:①压载水通过50μm滤器去除水中较大微生物，反冲洗水舷外排放，减少了压载舱沉积物的生成;②过滤海水进入AOT单元深度处理，AOT单元是TiO2在紫外线照射下产生·OH单元，减压载时再次通过AOT单元灭杀最初AOT单元未处理的微生物以及航行过程中生长繁殖的微生物，此时滤器被隔离，防止微生物污水回流堵塞;③CIP单元定期对AOT单元清洗，防止结垢。

1.6 日本

Clear Ballast处理系统［23］采用“絮凝+磁分离+过滤”处理工艺。絮凝池投加磁粉形成絮体后由磁分离盘分离，去除大量的病原体、浮游动物、藻类和细菌，残留絮体在简单滤池中截留，最后经缓冲池进入压载舱。

1.7 荷兰

Greenship Sedinox处理系统采用“旋流分离+电解”处理工艺［26］。处理过程:①水力旋流器去除大颗粒泥沙和悬浮物，对20μm颗粒去除率为100%，10μm颗粒去除率为80%，有效减少了沉积物生成。②Termanox［27］单元通过电解海水产生氯，破坏压载水生物群落。

表1 国内外压载水处理系统介绍

2 我国压载水处理系统介绍

2.1 BalclorTM处理系统

BalclorTM处理系统［28］采用“过滤+电解海水”处理工艺，如图5。压载水经自动反冲洗过滤器去除50μm以上的固体颗粒和微生物后，从压载水主管中引出一条支流 (占压载水量的1%～2%)进入电解槽电解，除氢后形成高浓度的NaClO溶液，回注入压载水管路中灭杀50μm以下的微生物。当排放的压载水中TRO低于IMO规定值时，系统不启动中和单元，压载水直接舷外排放;当压载水中TRO高于IMO规定值时，启动中和单元。

2.2 Ocean Guard处理系统

Ocean Guard处理系统采用“过滤+超声波”处理工艺。过滤去除50μm以上大个体生物，超声波产生·OH，灭杀细菌、病毒、藻类和孢子等。

3 结论与建议

在46套压载水处理系统中，28套系统使用活性物质，30套系统采用过滤处理，16套系统没有预处理，15套系统采用紫外辐射，15套系统采用氯处理，12套系统采用电解海水产生氯处理，7套系统采用臭氧处理，5套系统采用旋流分离处理，4套系统采用脱氧处理。

压载水处理系统的一般工艺流程可大致归纳为如图6所示的工艺流程。压载时，物理处理分离压载水中悬浮固体颗粒，化学处理灭杀水中微生物;减压载时，再次经化学处理，灭杀残留微生物和航行过程中生长繁殖的微生物。一般由压载和减压载处理后，可满足G8－D2标准。

物理处理主要是去除特定尺寸以上的生物体，G8－D2标准是按照水中一定尺寸微生物数量来规定的，物理处理就是分离特定尺寸的生物体。处理方法以过滤和旋流分离最为常用。过滤有自动反冲洗过滤和固定筛过滤。自动反冲洗过滤的反冲洗水直接排海，不会引起生物入侵;固定筛有10μm和50μm孔径，对大型藻类、细菌、病毒分离效果都很明显。旋流分离依靠内部切向加压产生强旋转剪切湍流运动分离固体颗粒，分离效率决定于颗粒密度、入口方向等。

化学处理包括两类:一类是利用各类辐射产生自由基破坏微生物细胞结构;二是利用化学消毒剂灭杀微生物。辐射处理以紫外线最为常用，普通紫外灯管功率低，能耗小，被广泛采用，但紫外线处理受海水浊度影响较大，一般需经预处理降低浊度。化学消毒剂中氯处理是适用、安全、廉价的处理方法。氯的产生包括电解海水和人工加氯，电解海水可产生大量氯化物，当电解受海水盐度限制时，采用人工加氯，成本为0.3～0.5元/t。此外，化学 消 毒 剂 如 Seakleen、Mexel432/336、Vibrex［29～30］等已被用于压载水处理。

IMO要求在2010～2015年间，对现有船舶安装压载水处理系统，我国压载水处理起步较晚，仅有3套压载水处理系统获得IMO批准。因此，笔者认为:①我国应加快压载水处理系统自主产业化研发力度，利用知识产权法规，规范国内压载水处理系统市场。②按照国际普遍认可的标准化质量管理体系进行岸基试验、海上试验和毒性试验，对使用活性物质的压载水处理系统有效剂量和安全排放剂量深入研究，选择合适评价模式衡量对环境和人类健康的影响。③借鉴国外已经获得IMO批准的压载水处理系统的申报材料，确保材料完整性和有效性，使我国压载水处理系统获得广泛的市场。

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