国内外船舶压载水处理技术现状分析

陈华

摘要：船舶压载水有着较高的风险，其处理技术受到国内外相关行业、学者的重点关注与研发。基于此，本文阐述了物理处理技术、化学处理技术、机械分离技术、船舶压载水的置换、加热电解法这些国内外船舶压载水处理的关键技术，同时分析了国内外船舶压载水处理系统的开发与研究现状，为相关从业人员提供参考。

Abstract： Ship ballast water has a high risk， and its treatment technology has received the attention and research and development of related industries and scholars at home and abroad. Based on this， this article describes the key technologies of domestic and international ship ballast water treatment， including physical treatment technology， chemical treatment technology， mechanical separation technology， ship ballast water replacement and heating electrolysis， and analyzes the development and research status of the domestic and foreign ship ballast water treatment system to provide reference for relevant practitioners.

关键词：船舶压载水;灭活处理;加热电解法

Key words： ship ballast water;inactivation treatment;heating electrolysis

中图分类号：U667                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）11-0229-02

0  引言

在2004年，国际海事组织在国际船舶压载水管理大会通过了《国际船舶压载水及其沉积物控制和管理公约》，强调了对船舶压载水的全面管制，并提出了压载水更换标准、压载水处理的生物与卫生标准等要求。在该公约的指导与管理下，国内外均展开了对船舶压载水处理的探究，并形成了多种有效方法。

1  船舶压载水的概述

船舶压载水主要指的是为控制船舶横倾、纵倾、吃水、稳性或应力而加装到船上的水及悬浮物质[1]。对于船舶压载水而言，其中含有大量生物，包括浮游生物、微生物、细菌甚至是小型鱼类以及各种物种的卵、幼体或孢子，在这些生物中，一部分会在跟随船舶航行的过程中因为无法适应温度、盐度等因素的变化而死亡，而还有一部分则能够生存下来，并最终随着船舶压载水排入新的环境中。通过这样的方式，一个水域中的生物会随着后船舶航行进入另一个水域生长繁殖，对相应地区的水文生态即周边环境产生较大影响，情况严重时甚至会导致相应地区的物种灭绝。

由此可以看出，船载压载水具有极高的风险，当前已然被全球环境基金组织列为危害海洋的四大威胁之一，需要进行及时的、彻底的处理。

2  国内外船舶压载水处理的关键技术分析

2.1 物理处理技术

第一，加热处理法。在40-45℃的条件下，能够完成船舶压载水中有害生物的灭活，且低温长时间处理比高温短时间处理的灭活效果更好。在38-50℃的条件下，维持相应温度处理2-4小时，能够实现船舶压载水中大部分生物的灭活，但是，若是其中的生物以休眠孢子的形式存在，则要进一步提升处理温度，且灭活效果相对一般。

第二，紫外线处理法。在240-260nm处的紫外线有着较好的灭活效果，实践发现，253.7nm处的紫外线能够对压载水中多数病原体与生物实现灭活处理。但是在实际的应用中，由于压载水中包含大量悬浮物以及溶解性有机物，不仅会遮挡紫外线对其中病原体与生物的照射，还会一定程度的吸收紫外线（特别是波长为254nm的紫外线），所以会导致紫外线灭活处理的效果下降。此时，必须对压载水进行预处理才能保证灭活效果。另外，若是压载水中的铁元素含量较大，极易在石英灯管的位置聚集，因此也会造成紫外线灭活处理的效果不理想。

第三，超聲波处理。依托超声波产生的间接反映能够实现压载水中多种生物的灭活处理，是一种使用时间较长的压载水处理方法。对于超声波来说，其能够产生热量、压力波的偏向，以此形成真空或是半真空的状态，以此让压载水中的生物处于脱氧状态最终死亡。但是，超声波处理不仅会产生噪音，还会一定程度的损伤船舶以及人员健康，并不是一种最理想的压载水处理方法。

2.2 化学处理技术

第一，氯化处理。在待处理的压载水中直接加入氯或是次氯酸即可达到水中生物灭活的效果。实践表明，在压载水中加入次氯酸钠，并以1、3、5、10ppm有效氯处理，能够达到较高的生物灭活效果。此时，得到的最大水生物（海洋浮游动物与浮游植物）死亡率为76.8%;在有效氯浓度不同的条件下，获得的灭活效率差异不大，与最大死亡率之间的差距均在5%以内。

第二，臭氧处理。臭氧的稳定性较低但是氧化性极强，能够迅速完成压载水中病毒与细菌的灭活，包括难以灭活的孢子。在水质较好的条件下，使用1-2mg/L的臭氧与压载水接触5-10分钟即能够达到相对理想的灭活效果;在水质较差的条件下，需要增加臭氧的浓度。在实践中要注意的是，当pH值较大时，臭氧的灭活效率下降;当pH值稳定在6.5-8.0之间时，臭氧的反应效果更稳定，灭活效果更好。

第三，Seakleen处理。美国研究人员在天然物质中提取出了一种天然杀虫剂成分，并命名为Seakleen。该物质能够实现压载水中浮游甲壳类生物、双壳类生物幼体、水蚤、弧菌、鱼幼体与卵、双鞭毛藻及其孢子等生物的灭活处理[2]。

2.3 机械分离技术

该方法主要用于压载水的深加工预处理，相比于其他处理方法来说，机械分离的操作更为简单，且加工能力较强。在机械分离中，关键技术包括高流速、过滤、稀释、旋流分离、浮选沉淀等，对海洋生态环境造成的负面影响更低。其中，过滤与旋流分离为较为常用的机械分离技术。

对于过滤来说，可以有效除去压载水中的病原体与生物，使用的滤网网目越多，处理效果就更好。实践表明，依托过滤处理，能够去除压载水中的微米级浮游生物93%、去除皮米级浮游生物100%、去除纳米级浮游生物62%。

对于旋流分离来说，主要依托水流在管线中高速流动所形成的分離作用实现压载水中生物的去除。实践表明，当旋流分离器的运行流量为200m3/h时，压载水中40μm以上的微生物均可得到有效滤除。

2.4 其他处理技术

2.4.1 船舶压载水的置换

第一，排空法。对所有压载舱内的压载水进行逐一的排空处理，并重新注入海洋水。该方法的实施要点在于逐一排空而非一次性排空。若使用一次性排空与新海洋水注入，能够更新原有压载水的95%，其中依旧存在约25%的原压载水生物，引起不良后果的风险较大，而使用逐一排空的方式就能够避免这一问题的发生。在使用排空法处理压载水时，要实时监控、维持船舶的稳定性和吃水差，避免对船舶的固有剪力和弯产生负面影响。另外，为了保证船舶运行的安全性，在恶劣的天气条件下不应使用排空法。

第二，注入顶出法。在压载舱的底部吸入海洋水，并在压载舱的顶部排出压载水，两项操作同时展开。该方法支持下，0.5倍舱容更新39.2%;0.5倍舱容更新86.5%;2倍舱容更新95%[3]。但是，该方法在实际使用中受到一定的限制，例如管路与水舱设计情况等。

第三，巴西稀释法。与注入顶出法相反，需在压载舱底部排出压载水，并同时在顶部注入海洋水。该方法能够更好的带动舱内沉积物流出，避免在寒冷天气条件下出现甲板结冰的问题，压载水处理效果更好。

2.4.2 加热电解法

我国在船舶压载水处理领域的主要研究方向为电解法，且经过长时间的研究论证，已经取得了国际社会的认可。在实践中，压载水流入热交换器实现加热;经过加热处理后的压载水流入过滤器，剔除了其中包含的大颗粒物;过滤后进入压载水泵，在旋流分离器的支持下实现分离，并在保持固定流速的条件下经过电解发生器;整流器促使交流电向直流电转变，为电解发生器提供电能，完成对压载水电解速度的调整;经过电解处理后的海水回流至压载舱，其中残留的病菌、藻类能够在氯的支持下完成杀除。

实践结果表明，直接电解原压载水并结合氯处理，能够杀灭4种藻类，总杀灭率为72%，细菌杀灭率达到99.99%，且可以同时杀灭纤毛虫;用电解法配合氯处理，接触48小时后压载水中卤虫的杀灭率高于95%;接触24小时后生物活体的杀灭率达到95%，在提升氯处理浓度的条件下，接触12小时后压载水中生物活体的杀灭率达到99.99%。

3  国内外船舶压载水处理系统的开发与研究

船舶压载水的主要作用在于维护船舶运行的安全性与稳定性，具体实现了提升空舱的适航性、结合对船体变形的控制以降低船体的震动。以对海洋环境的污染为切入点，可以将船舶压载水划分为两种类型，即货舱压载水与油罐压载水。而货舱的清洗剂与油罐压载水排除后，均会对海洋环境产生影响，且影响程度不尽相同。

在形成《国际船舶压载水及其沉积物控制和管理公约》的背景下，世界范围内提升了对船舶压载水的管制，也相继开发出了多种压载水处理系统，至今为止具有相应处理功能的系统总数超过六十。其中，比较具有代表性的压载水处理系统有日本日立Clear压载系统、瑞典 Alfa Laval Pure压载系统、韩国Techcross Electro Clean系统等[4]。

相比较来说，我国加入该公约的时间较短，压载水处理系统的研发工作起步较慢，不及其他发达国家的研究先进性。现阶段，上海海洋大学的船舶压载水检测实验室成为中国唯一具有多重资质、专业从事船舶压载水研究和第三方检测的资质实验室，且该船舶压载水检测实验室获得了USCG认可资质（2019年）。目前，已开展了系统的到港船舶压载水检测和压载水管理系统型式认可测试工作，在国内外具有广泛的影响。在2018年，我国提出的《电解法压载水管理系统的健康和风险评估》和《电解法压载水管理系统的氢气安全措施》两项国际标准草案（基于青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司、中国船舶重工集团公司七一四研究所等单位在国内多年科研攻关和装备研制的基础上提出），顺利通过国际标准化组织（ISO）立项，成为电解法船舶压载水处理领域首批国际标准项目。总体来看，我国船舶压载水处理系统逐步赢得国际市场主导权，相应的品牌影响力在全球船舶和航运界明显增强。

4  总结

综上所述，对船舶压载水进行有效处理是保证各国海洋生态环境稳定的重要手段，当前常用的处理技术包括物理处理技术、化学处理技术、机械分离技术、船舶压载水的置换、加热电解法。同时，国内外相关企业、学者积极展开了船舶压载水处理系统的开发与研究，并取得了较好成果。特别是我国提出的加热电解法获得了国际认证，推动了我国船舶行业国际影响力的提升。

参考文献：

[1]赵维一.船舶压载水处理装置装船类型原理分析及PSC检查探讨[J].中国设备工程，2019（16）：131-133.

[2]李凯，胡以怀，方云虎，等.免处理的船舶压载水系统液位自动调节装置[J].造船技术，2019（02）：62-67，72.

[3]何德涛.国内外船舶压载水处理技术现状分析[J].科学技术创新，2019（06）：4-5.

[4]侯月晖，冯丽娟，张大海，等.船舶压载水处理方法研究进展及应用[J].环境科学导刊，2018，37（S1）：90-94.