压载水处理技术最新发展

沈苏雯

IMO正式通过《船舶压载水和沉积物控制与管理国际公约》已有8年多时间。公约通过后，压载水处理装置便成为船舶必不可少的设备，压载水处理装置的研发就如火如荼般地展开了。如今已有不少压载水处理系统可供船厂和设计单位选择，但受到船舶特点、处理技术、处理能力等限制，几乎没有哪种处理系统能适用于所有类型的船舶。随着压载水管理公约正式生效的临近，将来每一艘船都必须面对压载水处理的问题。现将世界上最为先进的技术成果与经典案例进行汇总，供业界借鉴。

压载水处理装置相关规则

经过处理的压载水必须满足压载水管理公约附录的《压载水及沉淀物管理规则》D-2条规定的压载水性能标准。一般将处理装置本身及对压载水的处理过程，统称为压载水处理系统。公约规定，压载水处理系统必须经过规则D-3（压载水管理系统的许可条件）的许可，并规定该装置如不会产生或者无需使用活性物质，则由船旗国主管机关签发型式许可；如会产生或者需用到活性物质则需获得IMO许可。此处所指的活性物质，是对压载水中所含的有害水生物和病原体具有一般或特定作用的物质，具体来说是指化学试剂、菌类和装置中生成的化学物质等。也就是说对压载水处理系统来说，其处理能力是否满足排放标准由主管机关进行许可，而处理方法则由IMO来进行许可。这些许可的程序过程均登载在压载水公约指南中。指南中的G1到G14由IMO所制定，其中G8为《压载水管理系统认可指南》，G9为《使用活性物质的压载水管理系统批准程序指南》。IMO对于满足G9的压载水处理系统签发许可。图1为G8和G9的许可程序大致流程图示。

G8中所规定的压载水处理系统许可的获得流程大致为图纸审核、岸上试验、船上试验和环境试验4步，这些试验结果都是申请许可所必需的。各试验大致内容有，岸上试验主要是对200m3的试验水进行处理，5日后分析其是否满足D-2的标准，试验水采用海水、淡水和混合水中的2种反复进行5次试验。船上试验主要是在1艘以上的船舶上，需要取得许可的压载水装置须在船上完成最少6个月的常规定量压载水运转周期，以此连续3次后，将满足D-2标准的生物学分析结果送交至主管机关。环境试验是以压载水处理装置会用到的电气设备和电子设备为对象，进行一般的船舶环境试验。

如果压载水处理系统在处理过程中需要用到或者会产生活性物质，则基于G9指南的规定须向IMO提交审查申请（不需使用或不会产生活性物质则仅遵循G8指南即可）。G9指南中所规定的许可共有基本许可和最终许可两部分，基本许可是基于实验室层面，最终许可是要求满足船上层面。现今所提交审查的压载水处理系统基本都是需要使用或者会产生活性物质杀灭病原体的类型。为此，几乎所有的装置都将适用于G9所规定的许可流程。

一般的压载水处理系统组成如图2所示。首先采用压载水泵，将含有海洋生物的海水汲取到船内。在这些海水被输送往压载水舱之前，压载水处理装置将对其进行处理。先用过滤器等设备进行物理处理，去除比较大的生物，再用活性物质将较小的生物和病原菌杀灭。处理后的海水储藏在压载水舱中，排放时，在使用压载水泵排出船外之前，还要进行再处理和中和处理。特别是除热处理技术外，使用或产生活性物质的压载水，其排放之前必须经过净化，这一点尤为关键。也就是说，即使使用活性物质进行生物处理，也必须要让它们的排放本身对生物不造成影响。

经IMO认可的7种处理方法

压载水处理装置可杀灭水中的各种生物和病原体，并有多种处理方法可选择，其中有7种方式得到IMO的许可。

过滤处理法。用过滤器将栖息在海水中的微生物等过滤掉是最传统的处理方法。如果过滤器的网目较小的话浮游生物等微生物也可去除，但也会造成滤网堵塞，需要时常进行清洗工作。另外，如果采用的过滤器网目过小，会影响到水流速度，因此网目的大小是有限制的。目前过滤器方法多用于对刚汲取的海水进行大型海洋生物去除的前期处理工作。

空泡和流体压力。此方法与过滤处理法一样是在管路内设置过滤装置，不过有所不同的是，其安装的是板状过滤装置，板与板之间有微小缝隙，通过缝隙的海洋生物会被切断或者受到压力而粉碎。该方法与过滤法相比，不会引起阻塞现象，不过因为是在管路内设置影响流速的设备，故需要加大将海水送往压载水舱的压力。

机械处理法。该方法是对刚汲取的压载水进行预处理，将凝结剂或磁粉投入水中，使微生物凝结成约1mm直径大小的颗粒，再用磁铁或过滤器过滤处理。该方法可以看作是从过滤处理法中演化而来的一种方法，由于需要经过机械处理过程，所以需要一定的设备空间。另外在凝结过程中，除了微生物外，细菌也会凝结成颗粒，所以无需注入杀灭病原体的化学试剂。

紫外线（UV）处理法。生物或细菌受到紫外线的直接照射会被破坏DNA导致死亡。利用这一点，诞生了用紫外线消灭压载水中的微生物和病原体的处理方法。

氯化法。氯化物与紫外线同样具有杀菌效果，利用这一点来杀灭压载水中的微生物和病原体。可被利用的氯化物有二氧化氯、次氯酸钠、次氯酸钙等。不过在使用氯化物对压载水进行杀菌处理时，其残留物会有二次污染的问题，在排放时需将水中的氯含量降低到安全的范围内。生成各氯化物的主要方法有投放化学试剂或者电解压载水生成氯化物。

臭氧处理法。这种方法是利用臭氧的强氧化特性杀灭压载水中的微生物和病原体。如果在船舶上搭载了臭氧生成装置，就无需向压载水中投放化学试剂，可持续对压载水进行处理。不过臭氧不光对人体有危害，对包括压载水舱在内的整条压载水系统链都有腐蚀危害的可能性，所以必须有相应的防护措施。

加热法。基本所有的生物在高温下都会灭绝，因此加热法可以说是十分有效的去除压载水中微生物和病原体的手段。如果有只使用加热法的压载水处理装置，由于无需用到活性物质，那么就不需要获得G9指南的许可。不过，一般压载水的量要占船舶满载排水量的1/4之多，在大型船上运用的时候，要在短时间内加热大量压载水并维持一定的时间，是十分困难的。

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。而压载水管理公约要求必须对病原体进行处理，除了加热法之外都要利用到活性物质，因此无法回避G9指南的审查。关于加热法，如果在过程中需要投入活性物质，则也需要经过G9指南的审查。

压载水处理装置的开发

综上所述，一套理想的压载水处理系统应满足以下条件：

1、确保船员和船体本身的安全；

2、确保排放水域周边居民和工作人员的安全；

3、不影响船舶航运（尽可能在短时间内处理更多的压载水）；

4、尽量减小处理装置所需的必要空间，使任何船舶均能搭载；

5、尽量减少装置运行所需的能耗；

6、尽可能简化装置的操作，使其免维护；

7、尽可能减少引入和运用装置的成本。

不过压载水处理系统的开发十分不易，目前还未有符合所有条件的系统。截至2011年7月，包括正在开发中的压载水处理装置共有59种，其中17种已获G8指南的型式许可，16种获得了G9的基本许可，9种获得了G9的最终许可。开发压载水处理系统的公司共有55家，以美国、日本和韩国公司为主。随着压载水管理公约生效时间的迫近，参与并推出开发计划的公司在2010年到2011年间增加了14家。而关于处理方式，目前的压载水处理装置都是将处理过程分为2个阶段，第一阶段也叫预处理阶段，多用过滤器来完成处理，而第二阶段的处理方式则多种多样。

满足D-2标准的第一代压载水处理系统，虽说都通过了G8和G9指南所要求的各类试验和标准，但是由于当时G8和G9本身都还在摸索阶段，因此这些设备中有一部分无法满足如今G8指南所提出的试验要求，并且当时的G9指南没有对压载水排出的净化过程做出考虑，所以对活性物质的浓度和含量有较大的限制，因此即使开发出了混合型处理系统，其处理效果也很有限。到了第二代处理系统，G8的岸上试验要求已经较为共通和完善，G9中对活性物质的限制也放宽了很多，出现了效果更好的压载水处理系统，并且还配有活性物质中和设备。如今的第三代设备追求的是比G8和G9所要求的更高的处理性能。

根据相关规定，压载水管理公约将在30个国家批准通过，并且自这些国家所登录的船舶总吨位占到世界商船总吨位的35%后的12个月开始生效。截止至2011年7月底，已有28个国家通过该公约，登记的船舶总吨位占到了世界商船总吨位的25.43%。即使是非缔约国船籍的船舶，在需要停靠公约国的港口时，也必须满足公约的要求，因此在建船舶都必须考虑公约的影响。