船舶电解海水法的压载水处理系统

孙 嵘 张志文 廖剑升 尚亚杰

（1.中海发展股份有限公司油轮公司 上海 200120；2.广州广船国际股份有限公司 广州 510382；3.中国船舶及海洋工程设计研究院 上海 200011）

0 引 言

2004年，国际海事组织（IMO）通过了《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》，旨在达成国际上的一致，“通过控制和管理船舶压载水和沉积物来防止、减少并最终消除有害水生物和病原体的传播”。压载水交换应该在深水、公海和尽可能远离海岸处进行，为防止外来有机体和海洋生物入侵，船舶在排放压载水之前必须杀死或者清除这些有机体和海洋生物。随着压载水公约生效的日益临近，2011年起新建造的船舶必须按照IMO A.868（20）号决议装设压载水处理系统。

该压载水管理公约有两个实施标准:D1压载水置换标准和D2压载水处理标准。压载水管理公约实施的时间表如表1。

表1 压载水管理公约实施时间表

按照IMO A.868（20）号决议，压载水交换应该在深水、公海且尽可能远离海岸处进行。该方法被认为是目前防止有害水生物和病原体转移的最有效的方法之一。被批准的方法有3种:

（1）连续法:将一个压载舱或打算装载压载水的船舱先空出95%的容积，然后再重新装满置换的压载水。

（2）溢流法:将压载水泵入压载舱或船舱中，使压载水能从压载舱或船舱的开敞甲板开口处溢流出来。至少应泵入3倍于压载舱或船舱容积的压载水。

（3）稀释法:将压载水从压载舱或船舱顶部泵入，同时底部以相同的流速排出，并保持恒定。至少应泵入3倍于压载舱或船舱容积的压载水。但深海置换不利于船舶的安全，尤其是在比较恶劣的天气和海况条件下。

随着压载水公约生效的日益临近，世界范围内约有70多个不同的机构正致力于压载水处理系统的开发工作。船舶排放压载水时，防止外来有机体和海洋生物入侵的方法就是在排放压载水之前杀死或者清除这些有机体和海洋生物。

压载水处理系统按是否使用或产生活性物质分为两类:一类是不使用或不产生活性物质的压载水处理系统，由各成员国主管机关按G8进行型式认可；另一类是使用或产生活性物质的压载水处理系统。由于对环境存在着潜在有害影响，该类系统在主管机关进行型式认可之前先由IMO初步批准，在颁发型式认可证书之前还要获得IMO的最终批准。

根据劳氏（LR）船级社统计（见图1），压载水研发制造商采用的杀菌灭活方法涵盖了物理法、化学法、加药法、过滤法和臭氧法等，而主流的技术是电解法和紫外线的方法［1］。

图1 2011年世界压载水管理系统市场分析

1 电解海水法的压载水处理系统

电解海水处理船舶压载水技术是电解海水防污技术在船舶应用上的一次新的尝试。

首先，电解海水防污技术在核电厂海水冷却系统的杀死海生物这一问题上行之有效。在国外，电解海水防污技术的研究和应用已有几十年的历史。日本从1962年开始研究应用电解海水防污技术，1971年在多艘大型船舶上安装使用。国内外目前已有大量的船舶、核电厂和火电厂安装使用电解海水防污系统。由于电解法是以海水为原料，故取之不尽、用之不竭，是一种经济、安全且有效的方法，具有很好的发展和应用前景。

电解海水法工作原理就是通过直流电电解海水，使海水中富含的氯离子氧化成氯气，氯气溶于海水生成具有高氧化性的次氯酸钠。实验室试验研究结果表明，天然海水中的某些藻类能忍受5～10 mg/L有效氯处理。原生动物对氯化处理的耐受性很差，5 mg/L有效氯处理即可灭除。经20 mg/L以上有效氯处理后，便不再有藻类生长繁殖。有效氯为5 mg/L处理海水能杀灭其中99.85%的厌氧细菌、100%的弧菌和85.2%的大肠菌群；有效氯为20 mg/L处理海水能杀灭海水中几乎所有的细菌［2］。

1.1 电解海水法压载水处理系统的组成部分

电解海水法压载水处理系统主要由过滤单元、电解单元、中和单元三部分组成，配合船上的安装管道和其他仪表，对船舶的压载水进行处理/杀灭压载水中的有害水生物和病原体，使处理后的压载水在排放时符合国际海事组织（压载水公约）中规定的压载水标准（D-2），处理/杀灭压载水中的有害水生物和病原体的流程主要分为以下三个步骤:

（1）过滤:从船舶海水门流入的压载水先经过高效的自动反冲洗滤器过滤，滤网精度为50 μm，以有效滤除直径大于50 μm的海生物。

（2）灭活:从另一船舶海水门中取少量水流进入电解槽，以电解产生高浓度的杀菌溶液（主要成份为次氯酸钠溶液）；随后，该水流注入压载水主管路中，同主管道压载水均匀混合，以达到灭活目的。次氯酸钠溶液作为一种非常有效的杀菌剂可以在压载水中保持一定时间，并迅速有效地杀灭压载水中的浮游生物、饱子、幼虫及病原体。

（3）中和:经处理后的压载水在压载舱内保存一段时间排放时，仍有少量TRO（Total Residual Oxidant总残余氧化物），此时，可通过中和装置向压载水排放管路加入中和剂，使排出口压载水中TRO的浓度降至0.1 mg/L以下。

1.2 电解海水法压载水处理系统的使用条件

湿度范围:0～90%（安装在机舱和泵舱内的过滤单元）；

空 气:含盐空气；

环境温度:按ISO标准为0～55℃（电解单元，中和单元和电气设备）；

海水温度:按ISO标准为0～35℃；

船舶倾斜、摇摆:静态所有方向≤15°，动态所有方向≤22.5°；

电压变化:±10%，频率变化:±5%；

瞬时电压变化:±20%，瞬时频率变化:±10%，瞬变恢复时间:3 s。

2 船舶电解海水法的压载水处理系统使用情况

船舶使用电解海水法的压载水处理系统，现行主要有两种状态:一种为从设计到建造就要留有安装压载水处理系统的空间；另一种为已设计完在建的船舶产品必须按照IMO A.868（20）号决议加装压载水处理系统。下文将阐述加装电解海水法压载水处理系统的船舶使用情况，以中海发展股份有限公司的48000载重吨成品油/原油船举例。

2.1 加装的电解海水法压载水处理系统

加装的电解海水法压载水处理系统的基本原理图，如图2所示。

图2 电解海水法压载水处理系统的基本原理图

2.2 加装电解海水法压载水处理系统的使用情况

中海48000载重吨成品油/原油船在设计阶段还未执行IMO A.868（20）号决议，且技术规格书中提到 “IMO BWM D-2所要求的压载水处理装置在设计中不采用，但设计需考虑保留将来安装该装置的空间”。此外，船东方面要求加装压载水处理装置，并且采用电解海水法的方式。

国内某压载水处理装置生产厂，长期开发研究陆地上的电解海水法压载水处理系统，也取得了CCS船级社的认证，但其在船舶上配套使用的经验较少，故其生产压载水处理装置中的一些组成设备，如:过滤单元、电解单元、中和单元和TRO检测装置，对船舶（尤其是油船）仍难以满足使用要求。因此，可以根据油船自身的特性，将船上分为安全区域和危险区域，泵舱和货油舱区划分为危险区域，对原电解法的压载水处理系统作了很大调整，把不满足防爆要求的“电解单元”和“中和单元”分别放置在舵机舱和上层建筑内的液压泵间，如图2所示。

2.2.1 关于过滤单元的问题

（1）由于过滤单元反冲洗的频率为每2～3 min一次，若按原电解海水法的压载水处理系统设置，则必须将所产生的废水直接排出舷外。但是船东对此并不赞同，因此在实际使用中，船上增加废水舱及排污泵等设施，解决了不断有废水排舷外的问题。

（2）过滤单元的废水排出口较小，若根据其工作图中的尺寸要求设计布置，管径小且管路长，会导致管路背压高，过滤单元反冲洗的次数较频繁，容易造成过滤单元压力过高，使其滤网产生塑性变形。压载水处理装置厂发觉了该设计错误后，就将管径加大、管路改短，但船厂则难以按此要求施工。因为新造船有特定的标准，比如船舶内的船体结构、设备、铁舾件和管路等因素，因此必须要从综合布置的角度出发，才能合理布局并满足船级社的规范要求。最终，经船厂的建议和过滤单元设备厂的计算确认，在过滤单元的废水排出口处增加一个缓冲罐，从而解决了因过滤单元废水排出口小而形成高背压、滤网容易产生塑性变形、报废的问题［3-4］。

（3）设备厂商提供的排污泵没有自吸性能，船厂建议在泵出口加一注入口，经确认后解决了排污泵没有自吸性能的问题。由于设备厂商船舶设备配套经验少，排污泵出口的管径设计过小，影响了排污泵的性能，因此必须将出口管径放大。经船厂的努力，满足了排污泵的正常使用，同时也确保了新造船的进度要求。

2.2.2 关于电解单元和中和单元的问题

（1）电解单元离压载主管路过远，电解水的动力不足，无法快速有效地注入到压载水主管中均匀混合，要求增设加药泵，经船厂对管路的修改和确认，解决了电解水动力不足的问题。

（2）船东要求增加船舶航行淡水区域的工况，电解单元如何取少量的海水进入电解槽，以电解产生高浓度杀菌溶液进行压载水处理的功能。在技术谈判时，一致确定把艉尖舱（APT）作为存放海水的舱柜并从中取水，解决了该问题。

（3）电解单元的排氢气管路，原本要求采用对焊连接，船厂建议采用中间焊接套管的方式并得到确认，解决了船厂对外报验的进度。舵机舱被划分为安全区域，从安全角度出发，建议电解单元内所有采用法兰连接的管路，均在连接法兰处增加防护套并予以采纳，消除了安全区域有可能转变为危险区域这一隐患。

（4）中和单元，根据船东要求增加了对中和管路反冲洗的功能。

2.2.3 关于TRO检测装置的问题

为检测进入压载舱的水而提供的TRO检测装置，实属试验室研究物，初期设计为按物理性进行水的取样。由于压载管路的流速按设计标准为2～3 m/s，流速太高而无法实现此功能。继而增加了气动泵和连接管路等设施，解决了压载水取样的问题，并在靠近TRO检测装置处加设一只压力表，以便随时观察压力的波动值。

3 结 论

总的来说，电解海水法处理船舶压载水具有操作简便、灵活，无需对船舶进行过多改造，经济实用等诸多优点。

首次实践过程非常艰辛，众多技术人员也付出了巨大努力。而“荣池”号自2012年4月交船至今，其压载水处理系统运行正常，充分验证了电解海水法处理船舶压载水具有正确的理论基础与实践经验。

中海48000载重吨成品油/原油船“荣池”号作为国内首艘应用经CCS认证的电解海水法压载水处理系统的船舶，不仅是国内船舶电解海水法压载水处理系统的一种重要尝试，而且对其他船舶加装电解海水法压载水处理系统颇具参考价值。

［1］王雪峰.船舶压载水对海洋的污染及处理方法［J］.中国水运，2009，9（1）:4.

［2］Dr.Stephan Gollasch.Removal of Barriers to the Effective Implementation of Ballast Water Control and Management MeasuresinDevolopingCountries［M］.JointGEF/IMO/UNDP Project GloBallast Programme，November 1997:11.

［3］李艇.船舶压载水处理系统［J］.船舶，2008（6）:27-30.

［3］刘富斌.关于船舶压载水系统防污染的探讨［J］.船舶，2006（4）:20-23.