压载水处理系统在舰船上的应用分析

赵 楠，韩 健

· （1.海军驻上海地区舰艇设计研究军事代表室，上海 200011；2.中国船舶及海洋工程设计研究院，上海 200011）

压载水处理系统在舰船上的应用分析

赵 楠1，韩 健2

· （1.海军驻上海地区舰艇设计研究军事代表室，上海 200011；2.中国船舶及海洋工程设计研究院，上海 200011）

船舶压载水携带的外来入侵生物给海洋生态环境和人类健康带来的危害已受到国际社会的广泛关注，为填补国内军用舰船压载水处理系统应用的空白，本文重点从现有压载水处理技术及舰船本身因素两方面着手，对民用压载水处理系统装舰适用性进行分析。结果表明：机械过滤与低压紫外灯结合的压载水处理方法对压载水依赖性较高且排水量较大的舰船较为适用。

国际公约；压载水；处理系统

0 引言

船舶运输已成为全球贸易中货物流通的重要途径，其承担着约90%的货物流通任务[1]。压载水对现代船舶的安全航行是绝对必要的，它保证了船舶的平衡与稳定。全世界每年船舶压载水的压排量已超过100亿吨[2]。据估计，每天约7000余种生物通过压载水在全世界范围内迁徙[1]。若无压载水处理措施，这些外来生物物种的入侵性传播，必将破坏近海和沿海的生态系统，威胁当地物种的生存，甚至危害当地居民的健康。经确认，已有约500多种生物物种是随船舶压载水装卸入侵传播的[3]。船舶压载水造成的海洋物种对海洋环境的侵害，已被全球环境基金组织(Global Environment Facility)确认为危害海洋的四大威胁之一。

目前，国内外研究了多种有效的压载水处理技术。依托压载水处理技术形成的压载水处理系统已在民用船舶上陆续应用，而对于军用舰船，尚未开始使用。本文对民用压载水处理系统进行研究探讨，对其装舰的适用性进行分析，为该项民用技术在军用舰船上的转化应用提供支撑。

1 压载水管理

国际海事组织于2004年2月通过了《2004年国际船舶压载水及沉积物控制和管理公约》(以下简称“国际公约”)，旨在通过船舶压载水和沉积物的控制和管理来防止、减少并最终消除有害水生物和病原体的转移对环境、人体健康、财产和资源引起的风险。

“国际公约”中压载水的管理主要包括压载水置换和压载水处理两种方式。压载水置换是指要求在深海中将在港口内装载的压载水置换成深海中的水，其对应D-1标准；压载水处理则是指对加装上船的压载水在排放到另一水域内前必须对其中的水生物进行杀灭处理，使得其在压载水中的存活率达到一定的限定标准而不再会对接收港水域造成不利影响，其对应D-2标准。就IMO“国际公约”而言，压载水置换要求仅是一种过渡性管理措施，而最终的压载水管理目标是必须对加装到船上的压载水进行处理达到D-2标准后，才允许排放。目前实现这一目标的主要手段是通过船舶安装获得型式认可的压载水处理系统(BWMS)，对压载水进行处理来满足。目前，虽然“国际公约”尚未达到生效条件，但“国际公约”中明确规定了不同年限建造船舶符合D-2标准的时间表。

对于压载水的排放要求除了上述“国际公约”有统一规定外，各国(地区)为保护本国(地区)海域的安全，还在“国际公约”的基础上，各自制定了另外的相关规则，适用于在其国家港口停靠的船舶。如美国海岸警卫队(USCG)于2012年3月23日发布的“美国水域船舶压载水活生物体排放标准”规则，澳大利亚、新西兰、以色列联合发表的MarineNatices1532、1662等。我国目前没有批准上述“国际公约”，也没有其它关于防止船舶压载水污染的统一立法或规定，只有对来自疫区船舶的检疫控制，以及部分港口要求压载水的排放申请。

2 设备研制情况及发展趋势

2.1 国内外设备研制情况

随着IMO压载水管理法规和标准强制执行日期的临近，推动和加速了压载水处理巨大的需求市场，经济前景将极为可观，世界各国的相关企业和研究单位纷纷投入到压载水处理系统设备的研发。但由于压载水处理行业的特殊性以及技术门槛较高且具有可观的经济效益，目前世界各国已有多个企业及研究机构致力于开发船舶压载水处理技术及装备。

目前获型式认可的压载水处理系统，日本有5个，韩国有9个，欧洲各国总共有14个，美国3个，中国10个，其他国家1个。国外主要压载水处理管理系统有美国制造商NEI的Venturi压载水处理系统、德国制造商Hamann AG的 SEDNA250压载水管理系统、瑞典制造商 Alfa Laval/Wallenius Water AB的 Pure Ballast压载水管理系统等[4]；国内主要压载水处理管理系统有中远造船工业的BOS05系列、青岛双瑞BalClor、青岛海德威Oceanguard、江苏南极机械的倪氏压载水处理系统、704所的BALWAT、无锡蓝天电子的压载水处理系统、九江精密测试技术研究所的海博士系列等。

2.2 发展趋势

从目前已经投入市场的产品分析，基于物理处理法与化学处理法的压载水处理设备逐渐成为压载水管理与处理技术发展的主流。单独使用处理效果不佳的过滤方法普遍被作为一种压载水的预处理手段，通过过滤去除部分难以处理的较大体积微生物与其他杂质物质，从而缓解后续进一步处理的技术难度，提高设备的处理效果。

压载水处理设备作为一种辅助性环保设备，其总体空间资源的需求还是过大，设备的操作、维护较为复杂。因此，在保障设备处理能力的情况下，简化设备结构，提高设备的自动化程度，减小人工维护需求，对提高压载水处理技术水平将起推动作用。

3 民用压载水处理系统装舰技术途径分析

如前所述，对于民用船舶，压载水处理系统已具有一定广泛的应用，而对于军用舰船，尚未开展。由于军用舰船类型众多，任务及其任务海域各异，其对压载水系统的设计要求也不同，因此，若要在军用舰船上采用压载水处理系统，需对目前已有的民用设备进行总结，以对其装舰的适用性进行分析。

压载水处理系统的选用和安装是一项综合性的工程，在选择压载水处理系统时应综合考虑如下几方面的因素：

3.1 舰船船型及其压载需求的因素

在大多数情况下，舰船类型将成为选择合适处理系统的决定因素。不同类型舰船的压载能力和压载泵流量差别很大，而舰船总压载能力、在任一港口所要求的压载水排放量和装载量亦大不相同。不同的船型亦对压载水的依赖性不同，压载依赖性高的舰船，通常在交替装载时要求全压载或全排空航行。而压载依赖性低的舰船，通常具有相对小的压载能力且几乎不进行完全压载航行，其压载水操作很有限，往往是调驳，而不必在一定的时间内打进或排出全部压载水，有些舰艇甚至不需要压载。

3.2 舰船航行区域的因素

舰船航行区域也是选择压载水处理装置的重要因素之一。目前，部分国家或地区对压载水管理采取了高于IMO标准的单边行动，对可能靠泊有单边排放要求的港口的舰船，应考虑符合其相关要求；对于不靠泊那些国家或地区的舰船，就不必选用更高处理能力的压载水处理系统；而对于较少执行前往特殊排放要求区域的舰船，从经济性角度考虑，则可考虑通过压载水管理手段避免排放或者利用岸上设施。另外，航行区域内的水浊度、盐度和泥沙含量对一些处理技术的功效或者维护均有一定影响。

3.3 处理系统特点的因素

各种压载水处理系统都有其基本特性，这些特性可能会对特定类型、航线或压载水流量的舰船有一定影响，也即对处理系统的适用性有一定影响。基本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)[5]。

机械法：该方法要求将全部压载水流经滤器、旋分器或者其它分离器。对于大流量压载水的情况，设备的尺寸可能会带来问题。如果设备是在压载水排放时使用，大量滤出物必须保留在船，会增加储存负担。

物理消毒法：紫外线处理通常是在压载水打进和排放时进行，由于水的浊度会影响光线的穿透能力，使其有效性受到水的浊度的影响。脱氧处理可能需要几天的时间才能保证对水生物的杀伤率。

化学处理法：采用加药的方法将水中生物杀灭，合适的加药量通常能在几个小时内达到对水中生物的杀灭率，但压载水排放时可能还残留过量的药物，因此通常需要对水中药物进行中和处理，以确保对排放环境无害。另外，如果压载舱中药物浓度过高，还有可能腐蚀压载舱壁。

对于压载水处理系统而言，作为一种新产品，压载水处理技术正处于发展中，尽管已有部分压载水处理系统投入使用，但迄今获得经验还很有限，每种处理技术都有其自身特点，从而会影响对某条特定船舶适用性。目前大多数处理系统都是采取上述技术的组合，以克服某一技术的缺点。

3.4 布置和维护的因素

在综合上述舰船和处理系统的相关因素基础上，处理系统在实船上的布置及后续维护要求亦是选用压载水处理系统必须考虑的重要因素。特别是对海军舰艇来说，处理系统的布置空间可能是一个很大的挑战。因此在选用压载水处理系统时，应保证将来能顺利地在舰船上安装，同时亦应考虑其后续的维护保养。可以考虑将处理系统各组成部分分解成独立的模块安装在压载水系统中。若压载水处理设备用于处理来自闪点不超过60℃的油船气体危险区域内的压载水，其所在舱室应视为等效于闪点不超过

60℃液货船上服务于上述区域的压载泵舱。倘若压载水处理中将使用或产生活性物质，活性物质的使用和贮存应考虑IMO通函BWM.2/Circ.20《确保用于处理压载水的活性物质的安全处理和贮存以及来自于处理过程对船舶和船员造成危险的安全程序制订导则》的相关要求。舱室的布置(如位置、分隔、通道等)应符合《散装运输危险化学品船舶构造与设备规范》中对货泵舱的相关要求。

3.5 其他

对压载舱及管系的腐蚀因素。对于某些压载水处理技术可能会改变压载水中化学成分或者压载舱中大气成分，如果设计和操作不当，会破坏压载舱涂层，加速压载舱和管系的腐蚀。

危险化学品的储存。压载水处理系统使用的活性物质包括臭氧、过氧化氢、二氧化氯和过氧乙酸等化学品，这些化学抗生物剂和活性物质的使用提高了对船上操作人员的健康和安全风险，包括对环境的风险。

系统购置和维护成本因素。除考虑购置成本外，还应考虑操作成本。操作成本包括，能量消耗、储存的化学品(活性物质)消耗、备件消耗以及培训成本等。

压载水处理系统的选用涉及面广泛。就具体舰船而言，其与舰船的运行特点、压载水的处理要求、可布置处理设备舱室的空间、压载舱的总容量、压载泵的排量、动力供给、与舰船其他系统的协调和操作要求等等，均直接或间接相关。目前，几乎没有一个处理系统能对所有舰船都很好适用。

4 结论

通过对民用压载水处理系统装舰技术途径的分析梳理，可得出以下结论：

(1)适宜装设压载水处理系统的舰船类型

适宜装设压载水处理系统的舰船，首先应是对压载水的依赖性高的舰船，而且是必须在外国港口进行压载水操作的舰船；其次，舰船排水量较大，具有安装压载水处理设备的空间。

(2)舰船压载水处理系统的技术方案

通过对现有压载水处理系统技术途径的分析，机械过滤+低压紫外灯的方法采用纯物理工艺，处理过程中不添加其他有毒有害物质，结构紧凑，能耗较低，使用寿命较长，安装方式灵活，自动化程度高，且维护保养简便，可作为舰船压载水处理系统的主要方向。

(3)另外，如按 CCS规范进行设计的舰船，可直接采用民用产品；按国军标设计的舰船，应对压载水处理装置进行适装性修改，使其相关性能指标满足有关军用要求等。

[1]David M,Perkovic M.Ballast water vampling as a critical component of biological invasion risk management[J].Marine pollution Bulletin,2004,49:313-318.

[2]杨海军.浅析压载水系统防污染措施 [J].中国水运,2010,10 (1):22-23.

[3]Holmes,J M,Minchin D.Two exotic copepods imported into Ireland with the pacific oyster Crassostrea gigas(Thunberg).Ir Nat J,1995,25:17-20.

[4]张硕慧,刘乒,张爽,等.《船舶压载水及沉积物控制和管理国际公约》履行面临的问题及对策[J].水运管理,2009,31 (1):29-33.

[5]朱丽楠,王永军,任芝军,等.船舶压载水及沉积物的处理技术[J].中国水运,2010,10(4):22-23.

Analysis on Applicability of Ballast Water Treatment System for Naval Ship

ZHAO Nan1,HAN Jian2
(1.Navy Representative Room of Ship Design and Research Stationed in Shanghai,Shanghai 200011,China; 2.Marine Design & Research Institute of China,Shanghai 200011,China)

Invasive alien biology brought by ship’s ballast water can cause damage to the globe’s ocean environment and the people’s health,which has received extensive attention of the international community.In order to fill the blank of ballast water treatment system for naval ship ,the applicability of civilian ballast water treatment system for naval ship is done,which focuses on the ballast water treatment technology and the navy ship own factors.The results show that:the combination treatment method of mechanical filter and ultraviolet irradiation with low pressure is more applicable for the navy ship which have larger displacement and higher dependence on the ballast water.

international convention; ballast water; treatment system

U664.8

A

赵楠（1978-）， ，工程师，研究方向：船舶动力工程。